De kat in zijn dodelijke kistje (afb: Wiki Commons)

Het verhaal van de kat van Schrödinger die tegelijk dood en levend is, is vaak verteld om de idiotie van de kwantummechanica (in dit geval de superpositie) te verbeelden. Tegelijkertijd is instabiliteit het grote probleem voor onderzoekers om een goed werkende kwantumcomputer te bouwen. Wat er nu aan kwantumcomputers draait is voorzien van een foutcorrector die de kwantummachine op het goede spoor moet houden. Onderzoekers van, onder meer, de universiteit van Nieuw-Zuidwales (UNSW)) denken met een antimoonatoom een kat met zeven levens te hebben gecreëerd, die zeer stabiel zou zijn.
Kwantummechanica houdt wetenschappers en filosofen al meer dan een eeuw bezig.  Einstein, toch beslist niet dom, zag niet zo veel in de kwantummechanica en vooral de onzekerheid die daar een hoofdrol speelt. “God dobbelt niet”, zei hij. Volgens de kwantummechanica moet het atoom, tenzij het direct wordt waargenomen, worden beschouwd als in een superpositie, dat wil zeggen, in meer dan een toestand tegelijk, van vervallen en niet vervallen.
“Niemand heeft ooit een echte kat gezien die tegelijkertijd dood en levend was, maar mensen gebruiken de Schrödinger-katmetafoor om een ​​superpositie van kwantumtoestanden te beschrijven die sterk verschillen,” zegt UNSW-hoogleraar Andrea Morello.

Antimoonatoom

De onderzoekers gebruikten een antimoonatoom als basiseenheid (kwantumbit). Dat is veel complexer dan de deeltjes (of niet-deeltjes) die normaal als kwabit worden gebruikt. “In ons werk is de ‘kat’ een antimoonatoom,” zegt hoofdauteur Xi Yu. “Antimoon is een zwaar atoom, dat een grote kernspin bezit. Dat betekent dat het een grote magnetische dipool is. De spin van antimoon kan acht verschillende richtingen innemen, in plaats van slechts twee. Dit lijkt misschien niet veel, maar in feite verandert het het gedrag van het systeem volledig.”

“Een superpositie van de antimoonspin die in tegengestelde richtingen wijst, is niet alleen een superpositie van ‘omhoog’ en ‘omlaag’, omdat er meerdere kwantumtoestanden zijn die de twee takken van de superpositie scheiden”, zegt Yu. Dat heeft grote gevolgen voor een kwantumcomputer en vooral voor de stabiliteit daarvan.

“Normaal gesproken gebruiken mensen een kwantumbit met slechts twee kwantumtoestanden,” zegt medeonderzoeker Benjamin Wilhelm. “Als de kwabit een spin is, kunnen we ‘spin omlaag’ de ‘0’-toestand noemen, en ‘spin omhoog’ de ‘1’-toestand. Als de richting van de spin plotseling verandert, hebben we meteen een logische fout: 0 verandert in één keer in 1 of andersom. Daarom is kwantuminformatie zo kwetsbaar.”

Negen levens

Yu: “Zoals het spreekwoord luidt, heeft een kat negen levens. Eén klein krasje is niet genoeg om hem te doden. Onze metaforische ‘kat’ heeft zeven levens: het zou zeven opeenvolgende fouten kosten om de ‘0’ in een ‘1’ te veranderen!”

De ‘antimoonkat’ is ingebed in een siliciumkwantumchip, vergelijkbaar met die we in onze computers en mobiele telefoons hebben, maar aangepast om toegang te geven tot de kwantumtoestand van een enkel atoom dat stabiliteit zou bieden. Bovendien zou dat betekenen dat de huidige siliciumtechnieken gebruikt zouden kunnen worden om kwantumchips te maken
Morello: “Als er een fout optreedt, detecteren we die meteen en kunnen we die corrigeren voordat er meer fouten ontstaan. Om de metafoor van de ‘Schrödinger-kat’ voort te zetten: het is alsof we onze kat met een grote kras op zijn gezicht thuis zagen komen. Hij is verre van dood, maar we weten dat hij in een gevecht is verwikkeld; we kunnen gaan uitzoeken wie het gevecht heeft veroorzaakt, voordat het opnieuw gebeurt en onze kat nog meer verwondingen oploopt.” Wordt ongetwijfeld vervolgd.

Bron: phys.org