Naučnici su prvi put u povesti uspeli da u tzv. kvantnoj sprezi povežu jedno živo biće – mikroskopsku životinjicu nazvanu morski medvedić.
U eksperimentu koji su sproveli Rajner Dumke sa Nanjang Tehnološkog univerziteta u Singapuru i saradnici životinjica je kvantno spregnuta sa supravodnim kubitom, a posebno je zanimljivo to što je preživela. To je prvi put da je višećelijski organizam stavljen u ovo čudno kvantno stanje. Rezultati su prvi korak u razumevanju delovanja kvantne mehanike u živim organizmima.
Morski ili vodeni medvedići su mikroskopske životinjice koje, zbog svojeg bucmastog izgleda i načina kretanja, podsećaju na malene medvediće. Žive gotovo svuda gde ima vlage – u morima, slatkim vodama i vlažnim područjima na kopnu, primerice u vodenom filmu u mahovinama i u žljebovima i na krovovima kuća. Imaju četiri para kratkih nožica koje se završavaju kandžicama. Hrane se sadržajem biljnih ćelija, ali i malim životinjama koje obično ubodu da bi isisali hranljive tvari. Razmnožavaju se uglavnom polno, no neke vrste mogu i bespolno, iz jajašaca koja nisu oplođena.
Rajner Dumke (Research Gate)
Posebno su zanimljivi za naučna istraživanja zbog sposobnosti da prežive u najekstremnijim uslovima kakvi vladaju u svemiru – u vakuumu, na ekstremno niskim temperaturama, blizu apsolutne nule. U takvim nepovoljnim srdinama u stanju obamrlosti (anabioza) opstaju više godina, sve dok se uslovi ponovo ne postanu povoljni.
Šta je to kvantna sprega?
Kvantna sprega jedan je od najbizarnijih fenomena koji se ispoljava u mikrosvetu, odnosno na nivoima na kojima deluje kvantna mehanika. Kada se dve ili više čestica, poput protona ili elektrona, povežu na određeni način, bez obzira na to koliko su udaljene u svemiru, njihova stanja ostaju povezana. To znači da dele sjedinjeno kvantno stanje. Ako se posmatra stanje jedne čestice, nalazi mogu automatski pružiti informacije o drugim spregnutim česticama, bez obzira na to koliko se one daleko nalazile. Takođe, svako delovanje na jednu od spregnutih čestica automatski će uticati na ostale u spregnutom sistemu.
Budući da se to zbiva trenutano, čak i ako se dve spregnute čestice udalje u različite krajeve svemira, ovu neobičnu pojavu slavni fizičar Albert Ajnštajn nazvao je „sablasnim delovanjem na daljinu”. Štaviše, smatrao je da ona, iako proizlazi iz kopenhagenske interpretacije kvantne mehanike, ne može postojati u prirodi jer bi mogla narušiti teoriju relativnosti prema kojoj informacije ne mogu putovati brže od brzine svetlosti. Taj problem, adresiran 1935. u zajedničkom radu, odnosno misaonom eksperimentu Alberta Ajnštajna, Borisa Podolskog i Natana Rozena, nazvan je EPR paradoksom.
Postojanje kvantne sprege kasnije je potvrđeno u brojnim eksperimentima, a fizičar Nils Bor u svojem odgovoru pomenutoj trojici pokazao da ona ne narušava relativnost, odnosno da EPR paradoks ne postoji. On je utvrdio da kvantna sprega između dve čestice ne omogućuje bilo kojoj čestici ili bilo kojem drugom obliku informacije da se kreće između dva mesta brzinom većom od brzine svetlosti. Dve čestice mogu biti povezane kvantnom spregom, no to se nikada ne bi moglo koristiti za slanje signala s jednog mesta na drugo brzinom većom od brzine svetlosti jer je jedino što se razmenjuje između dve čestice njihovo unutrašnje kvantno stanje, a ne prosleđuju se nikakve spoljašnje informacije.
Kvantna fizika u životnim procesima
Poslednjih godina pojavili su se dokazi da kvantna mehanika igra određenu ulogu u nekim od temeljnih životnih procesa. No, na koji način se to zbiva, još nije razjašnjeno; to je područje kojim se naučnici tek počinju baviti, a izazovi su veliki. Naime, kvantni fenomeni toliko su delikatni da se mogu posmatrati samo kada su svi drugi uticaji maksimalno prigušeni – drugim rečima, u pažljivo kontrolisanim siste,ima na temperaturama blizu apsolutne nule i u vakuumu. Međutim, uslovi za život upravo su suprotni od toga – oni su složeni, topli i vlažni. Stoga su za novi eksperiment bili ključni morski mevedići za koje se zna da su sposobni preživeti u ekstremnim uslovima.
Zamrznuti, spregnuti i ponovo oživljeni
Da bi izveli svoj eksperiment, singapurski naučnici su ohladili pomenute životinjice na temperaturu ispod 10 milikelvina, što znači gotovo na apsolutnu nulu (apsolutna nula je 0 Kelvina, odnosno -273,15 Celzujusovih stepeni). Istovremeno su smanjili pritisak vazduha na milioniti deo onoga u atmosferi. U takvim uslovima ne mogu se odvijati nikakve hemijske reakcije, tako da su metabolizam i procesi života bili potpuno zaustavljeni. „Ovo je do danas najekstremnija niska temperatura i niski pritisak na kojima je životinjica preživela, što jasno pokazuje da stanje kriptobioze u konačnom uključuje obustavu svih metaboličkih procesa jer sve hemijske reakcije prestaju kada su svi molekuli ohlađeni do osnovnog stanja”, komentarisali su autori istraživanja.
U ovom stanju morski medvedić se može smatrati običnim dielektričnim elementom. U svojem eksperimentu autori su životinjicu upravo tako tretirali – kao dielektričnu kocku. Eksperimentalna postavka sastojala se od dva supraprovodljiva kondenzatora koji, kada se ohlade, mogu postojati u superponiranom stanju koje se naziva kubit. U kvantnom računarstvu kubit je osnovna jedinica kvantnih informacija – kvantna verzija klasičnog binarnog bita – koja se fizički realizuje pomoću uređaja s dva stanja. Drugim rečima, kubit je kvantno-mehanički sistem s dva stanja, jedan od najjednostavnijih kvantnih sistema koji pokazuje svojstva kvantne mehanike. Primerice, dva stanja u slučaju elektrona sastoje se od elektrona koji može imati smer spina prema gore i prema dole.
Istraživački tim je postavio životinjicu između ploča kondenzatora jednog kubita, tako da je ona postala deo sistema kondenzatora. Nakon toga su mogli meriti učinak morskog medvedića na svojstva kubita. U sledećem koraku uspostavili su kvantnu spregu tog kubita sa susednim, tako da je ceo sistem postao jedan kvantni objekat. Drugim rečima, životinjica je postala kvantno spregnuta sa svojom neposrednom okolinom. „Videli smo kako se životinjica u kriptobiozi povezala sa supraprovodljivim kvantnim bitom nakon čega smo formirali snažno spregnuto stanje između kombinovanog sistema i drugog kubita”, objasnili su autori.
Nakon što je morski medvedić bio u kriptobiozi više od dve sedmice, istraživači su ga je polako zagrevali i istovremeno podizali pritisak vazduha do uobičajenog, atmosferskog. Iako ovaj eksperiment još ne otkriva na koje načine kvantna mehanika deluje u složenim životnim procesima, on predstavlja prvi korak u tom smeru. „Naš rad pruža prvi korak u uzbudljivom smeru stvaranja hibridnih sistema koji se sastoje od žive tvari i kvantnih bitova”, poručili su autori.
(Izvor Indeks)
