Kvanttimekaniikkaa makroskooppisesti

Kvanttimekaniikka tekee joitain todella ihmeellisiä ennustuksia ympäröivästä maailmastamme. Nämä ennustukset ovat kuitenkin kokeellisesti varmistettu yhä uudelleen ja uudelleen. Kvanttimekaniikka on siis perustavanlaatuinen kuvaus todellisuudesta. Emme kuitenkaan havaitse näitä asioita arkipäiväisessä elämässämme. Kvanttimekaniikan tutkimus on edennyt pelkästään teoreettiselta tasolta yhä edemmäs kohti kokeellista tutkimusta, jonka hyödyntäminen toimii perustana usealle uudelle teknologialle. Kun nämä tutkittavat kappaleet tulevat yhä suuremmiksi ja suuremmiksi, kysymys kuuluu, onko olemassa rajaa, jossa kvanttimekaaniset ominaisuudet katoavat.

Me tutkimme kvanttimekaniikan ilmiöitä makroskooppisessa mekaanisessa värähtelijässä. Värähtely on meille tuttua musiikista. Musiikissa jokainen nuotti soi omalla taajuudellaan. Äänen lähteenä on jokin mekaaninen värähtelijä, kuten soittimen kieli, joka värähtelee tietyllä taajuudella. Mutta mitä ihmiskorva ei kuule, on että tämä värähtely koostuu pienistä energiapaketeista. Kvanttimekaniikan perustavanlaatuisen ajatuksen mukaan kaikki energia on kvantittunut. Värähtelyjen energialla on siis pienin mahdollinen rakennuspalikka, joiden määrä on kokonaisluku. Tavallisessa arjessa tämä luku on mittaamattoman suuri ja koko ajan muutoksessa. On kuitenkin mahdollista tutkia värähtelijöitä siten että niiden yksittäiset energiakvantit tulevat näkyviin. Vaikka värähtelijä on kokoluokaltaan vain hiuksen paksuinen, se koostuu kuitenkin miljardeista atomeista, joiden yhteinen liike voi yhä noudattaa kvanttimekaniikan lakeja.

Yksi kvanttimekaaninen ominaisuus on superpositio. Superpositio tarkoittaa, että mekaaninen värähtelijä sekä värähtelee että ei värähtele yhtä aikaa. Idea makroskooppisesta kappaleesta superpositiossa voi tuntua ajatuksena uskomattomalta. Näiden ilmiöiden tutkiminen kokeellisesti on hyvin haastavaa. Pelkästään viimeisen vuoden aikana olemme tehneet innovaatioita, jotka ovat auttaneet meitä saavuttamaan tavoitteemme. Vaikka kaikki palaset ovat olleet alusta lähtien saatavilla, vasta laittamalle ne paikoilleen oikealla tavalla olemme saaneet aikaan toivottuja tuloksia. Tämä on opettanut minulle, että seuraava suuri keksintö, joka hyödyntää kvanttimekaniikan saloja, saattaa olla vain nurkan takana.