Polka stworzyła pierwszy w historii „kubit z antymaterii”. To przełom w światowej fizyce
Polska fizyk Barbara Latacz wraz z zespołem eksperymentu BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) w ośrodku CERN dokonała czegoś, co dotychczas istniało wyłącznie w teorii – po raz pierwszy w historii udało się stworzyć kubit z antymaterii, czyli kwantową jednostkę zbudowaną z antyprotonu.
Eksperyment polegał na uwięzieniu antyprotonu w pułapce Penninga i utrzymaniu jego stanu superpozycji kwantowej przez rekordowe 50 sekund.
Pułapka Penninga to sprytne urządzenie do chwytania i unieruchamiania pojedynczych naładowanych cząstek (np. protonów, antyprotonów, jonów) przy pomocy kombinacji pola magnetycznego i elektrycznego.
Badaczom udało się przy tym znacząco ograniczyć zakłócenia zewnętrzne, co wcześniej uniemożliwiało dokładne badania. Zakłócenia powodowały, że cząstka „gubiła” swoją superpozycję w ułamku sekundy, więc nie dało się przeprowadzić dokładnych, długotrwałych pomiarów. Teraz — dzięki ograniczeniu szumów i lepszemu ekranowaniu — antyproton pozostał w stabilnej superpozycji aż przez prawie minutę. To jakby ktoś w końcu wyciszył hałaśliwe tło, żeby można było usłyszeć cichy szept i dokładnie go przeanalizować.
Dlaczego to ważne? W komputerze klasycznym informacja jest zapisywana w bitach — każdy bit może mieć wartość 0 albo 1. Jeśli chcemy obliczyć coś, co wymaga sprawdzenia wielu kombinacji bitów, musimy sprawdzać je po kolei lub w równoległych obwodach, ale i tak każda jednostka wykonuje jedno konkretne ustawienie naraz.
Czytaj też: CERN zakończy współpracę z 500 naukowcami powiązanymi z rosyjskimi instytucjami
W komputerze kwantowym podstawową jednostką informacji jest kubit. Dzięki zjawisku superpozycji kwantowej kubit może być jednocześnie w stanie „0” i „1” (w pewnych proporcjach). To znaczy, że przy odpowiednim algorytmie może „przetwarzać” wiele wariantów obliczeń równocześnie, a nie sekwencyjnie.
Choć antyprotonowy kubit nie trafi na razie do komputerów kwantowych, stanowi potężne narzędzie do testowania symetrii CPT (skrót od Charge – ładunek, Parity – parzystość, Time – czas). Zasada CPT mówi, że jeśli matematycznie odwrócimy wszystkie trzy elementy naraz (C + P + T), prawa fizyki powinny wyglądać dokładnie tak samo i dawać te same wyniki. To fundament Modelu Standardowego. A jednak we Wszechświecie obserwujemy zdecydowaną dominację materii nad antymaterią.
Rozwijane przez zespół Barbary Latacz metody umożliwią transport antyprotonów do bardziej kontrolowanych środowisk laboratoryjnych i dalsze badania. – Gdy system będzie w pełni działał, nasza nowa precyzyjna pułapka Penninga, zasilana antyprotonami transportowanymi przez BASE-STEP, może pozwolić nam uzyskać czasy koherencji spinu nawet dziesięciokrotnie dłuższe niż w obecnych eksperymentach. To będzie przełom w badaniach nad antymaterią barionową – mówi Polka.
Wyniki badań zespołu BASE to nie tylko imponujące osiągnięcie techniczne, ale przede wszystkim nowy jakościowo sposób szukania odpowiedzi dla fundamentalnych pytań – m.in. dlaczego Wszechświat jest zdominowany przez materię, a antymateria praktycznie zniknęła.
Wyniki badań zespołu BASE opublikowano w najnowszym numerze czasopisma „Nature”.
Kresy.pl / CERN
Czytaj też: Chińscy naukowcy dokonali przełomu w dziedzinie komputerów kwantowych
