Ništa ne pravi zbrku u kvantnoj fizici kao one grozote koje iskrivljuju prostor i gutaju materiju poznate kao crne rupe. Ako želite da Šredingerova jaja pretvorite u informacioni omlet, samo pronađite horizont događaja i pustite ih da ispadnu.
Prema teoretskim fizičarima i hemičarima sa Univerziteta Rajs i Univerziteta Ilinois Urbana-Šampejn u SAD, osnovna hemija je sposobna da skramli kvantne informacije skoro jednako efikasno.
Tim je koristio matematički alat razvijen pre više od pola veka kako bi premostio jaz između poznate poluklasične fizike i kvantnih efekata u superprovodljivosti. Otkrili su da delikatna kvantna stanja reagujućih čestica postaju poremećena sa iznenađujućom brzinom i efikasnošću koja se približava snazi crne rupe.
„Ova studija se bavi dugogodišnjim problemom u hemijskoj fizici, koji ima veze sa pitanjem koliko brzo se kvantne informacije umeću u molekule“, kaže teoretičar fizike sa Univerziteta Rajs Piter Voljns.
„Kada ljudi razmišljaju o reakciji u kojoj se dva molekula spajaju, misle da atomi izvode samo jedno kretanje kada se vezuje ili prekida veza.“
Iza klasičnih modela ‘lopta i štapa’ atoma koji se spajaju u molekule stoji daleko složeniji univerzum koji ima više zajedničkog sa matematikom kockanja nego sa inženjeringom.
U kvantnom pejzažu, stanja mogućnosti mogu rasti i pasti kao šanse u igri pokera dok se sudbine čestica prepliću. Svaki preokret u reakciji – svaki novi elektron, svaki dodatni proton – okreće novu kartu koja menja uloge na suptilne, ali kritične načine.
Za razliku od događaja „sve ili ništa“ u klasičnoj fizici gde se čestice vezuju ili odbijaju na osnovu dovoljnih mera energije, kvantna stanja uključuju elemente slučajnosti koji mogu videti da se barijere probijaju bez plaćanja putarine.
Poznati kao tuneliranje, ovi kvantni razbijači mogu učiniti mapiranje evolucije kvantnih stanja još težim. Ono što počinje kao uredna opklada brzo postaje haotičan nered koji zavisi od bezbroj faktora koji treba da imaju smisla.
Jedan metod razbijanja sitnih promena koje definišu kvantni haos koristi nešto što se zove korelatori vanvremenskog reda ili OTOC. Prvobitno razvijeni za modeliranje superprovodljivosti 1960-ih, vratili su se decenijama kasnije da bi shvatili način na koji se informacije šire u crnim rupama.
„Koliko brzo se OTOC povećava sa vremenom, govori vam koliko brzo se informacije šifruju u kvantnom sistemu, što znači koliko još nasumičnih stanja se pristupa“, kaže hemičar iz Ilinoisa Urbana-Šampejn Martin Grubele.
Proračuni tima pokazali su da će se tuneliranje najverovatnije dogoditi među ograničenim grupama čestica koje zahtevaju malo energije da reaguju, posebno kada se drže na dovoljno niskoj temperaturi.
U stvari, ova tendencija da se tuneliranje pojavi u takvim trzavim reakcijama može da skremli kvantne informacije na vremenskoj skali subpikosekunde. To je na planu crnih rupa, koje su pravi majstori u uzimanju kvantnih stanja i zgnječenju svih njih zajedno u blagu kašu.
Zanimljivo je da kada se te iste reakcije odvijaju u realnijem okruženju – kao što je kabasti rastvor ili biološka supa materijala – isto ponašanje kockanja se „ugasi“.
Nadamo se da bi pronalaženjem pravih alata za mapiranje kvantnog haosa na nivou hemije, inženjeri mogli biti u mogućnosti da fino podese materijale kako bi minimizirali tuneliranje tamo gde to nije poželjno, ili da ga kontrolišu za inovativne aplikacije.
„Postoji potencijal za proširenje ovih ideja na procese u kojima ne biste samo tunelirali u jednoj određenoj reakciji, već gde biste imali više koraka tuneliranja“, kaže Grubele, „jer je to ono što je uključeno u, na primer, provodljivost elektrona u mnogo novih mekih kvantnih materijala poput perovskita koji se koriste za pravljenje solarnih ćelija i sličnih stvari.“
Ovo istraživanje objavljeno je u PNAS-u.
