Először sikerült a kvantum-összefonódás állapotába hozni egy élő állatot egy szupravezető kvantumbittel
2021. december 28. 06:30 Egyéb/Archív | Szerző: Fazekas Gábor
Egy napokban közzétett tanulmány szerint először sikerült a kvantum-összefonódás állapotába hozni egy élő állatot egy szupravezető kvantumbittel - írja az iPon. Bár a lektorálás előtt álló publikáció állításaival kapcsolatban azóta számos független szakértő kétségeit fejezte ki, a kutatás és az arra érkező reakciók mindenképpen érdekes problémát feszegetnek, amivel érdemes foglalkozni.
KVANTUMBIOLÓGIA
Az utóbbi években egyre több bizonyítékát találták annak a kutatók, hogy a kvantumfizika alapvető szerepet játszik az élet kulcsfontosságú folyamataiban, a fotoszintézistől kezdve számtalan helyen. Ennek részletei azonban a legtöbb esetben máig megfejtésre várnak. Az alapprobléma az, hogy a kvantumjelenségek többnyire annyira érzékenyek, hogy csak akkor figyelhetők meg, ha minden más külső behatást sikerül nagyrészt kiiktatni. Vagyis ilyen jelenségeket eddig csak nagyon alaposan kontrollált rendszerekben, az abszolút nulla fokhoz közel detektáltak.
Az élet és annak összetevői viszont rendkívül összetettek, ráadásul meleg és nedves környezetben működnek. Ilyen körülmények között egyaránt kérdéses, hogy hogyan működhetnek az instabil folyamatok, és ha működnek, akkor ezeket hogyan lehet megfigyelni, ami fontos lenne az élet működésének megfejtéséhez.
Pontosan erre volt kíváncsi az a nemzetközi kutatócsoport is, amelynek tagjai az élő és a kvantumvilág közti átfedéseket kívánták tanulmányozni. Rainer Dumke, a Nayangi Műszaki Egyetem kutatója és kollégái ezért egy szupravezető kvantumbit és egy mikroszkopikus állat, a medveállatka közreműködésével létrehozták az összefonódás nevű egzotikus kvantumállapotot. A kísérlet során a hibernáció legextrémebb vizsgált formáját valósították meg, és állításuk szerint „a medveállatka összefonódott állapotba került a működő alrendszerekkel”.
A MEDVEÁLLATKA
A medveállatkák leginkább bizarr kinézetükről, és arról ismertek, hogy egészen szélsőséges körülmények között is képesek túlélni. Utóbbi jelentős részben annak köszönhetik, hogy képesek egy kriptobiózisnak nevezett állapotba kerülni, amelyben rendkívül alacsony szinten (a megszokotthoz képest akár 0,01%-os sebességgel) működik az anyagcseréjük. Erre rendszerint akkor kerül sor, ha az állat megfagy vagy szinte teljesen kiszárad. Amikor aztán a hőmérséklet emelkedni kezd vagy újra elérhető víz van a közelben, a medveállatka feléled. Az állatok akár több évtizedet is képesek eltölteni ebben az állapotban, normál víztartalmuk 1 százalékával, majd megfelelő körülmények között pár perc alatt felélednek.
A kvantum-összefonódásos kísérlet végrehajtásához Dumke és kollégái 10 ezred kelvin alatti hőmérsékletre hűtötték a medveállatkát, vagyis csaknem abszolút nulla fokra. Közben a nyomást is lecsökkentették a normál légköri nyomás milliomod részére. Ilyen körülmények között a medveállatka anyagcsere-reakciói gyakorlatilag leállnak, és velük igazándiból minden, amit életnek nevezünk felfüggesztésre kerül.
„Mostanáig ez a legszélsőségesebb hőmérsékleti és nyomásállapot, aminek kitéve a medveállatkák igazoltan túlélték, kiválóan demonstrálva, hogy a kriptobiózis során minden anyagcsere-folyamat felfüggesztésre kerül. Ilyen körülmények között, amikor a molekulák alapállapotra hűlnek, semmiféle kémiai reakció nem mehet végbe” – mondják a szakértők.
Ebben az állapotban, folytatják, a medveállatka tiszta dielektrikumként fogható fel, vagyis olyan anyagként, amely szabad töltéshordozók hiányában szigetel. A kísérlet szimulálása közben a medveállatkát egy dielektromos kockaként ábrázolták a kutatók. A kísérleti elrendezésben ezen kívül két szupravezető kondenzátort használtak, amelyek lehűtve a kvantumbit nevű szuperpozícióba hozhatók. A medveállatkák a kondenzátorlemezek közé helyezték, a kondenzátor részévé téve azt, majd figyelni kezdték az állat és a kvantumbit állapotát.
Utána a kvantumbitet összefonódott állapotba hozták a szomszédjával, így a teljes rendszer egyetlen kvantumobjektumot alkotott. Vagyis a medveállatka is összefonódott állapotba került saját környezetével, mondják a kutatók. A szakértők két hét kriptobiózist követően lassan felmelegítették és normál nyomásra hoztál a medveállatkát, amely visszatért aktív állapotába, miután újabb túlélési rekordot állított fel abban, hogy mit bírhat ki az élő szervezet.
AZ ÖSSZEFONÓDÁS
A kutatás kapcsán ugyanakkor a preprint közlését követően rögtön felbukkantak a kétkedők, és egyre többen érvelnek amellett, hogy a medveállatka semmiféle érdemi értelemben nem került összefonódott állapotba. Vagyis a kísérlet semmilyen információval nem szolgál a kvantumbiológiával kapcsolatban.
Kvantum-összefonódásról akkor beszélünk, ha két vagy több részecske olyan összekapcsolt állapotba kerül, hogy egy alapvető tulajdonságuk, a pozíciójuk, impulzusmomentumuk, polarizációjuk egyforma, és nem független egymástól. Hogy a kvantumvilágon kívüli példával éljünk, ha találunk egy jobb kezes kesztyűt a fiókban, és az illik ránk, biztosak lehetünk abban, hogy a hiányzó bal kezes kesztyű is jó lenne a kezünkre. Azaz az egyik dologról szerzett információ valami fontosat és nem véletlenszerűt árul el egy másik dologról.
Az összefonódás kvantumrendszerekben természetes úton részecskeütközések és más interakciók nyomán alakul ki. Az elmúlt évtizedek során a kutatóknak azt is sikerült igazolniuk, hogy az összefonódott állapotot annyira nem is nehéz létrehozni. Így aztán egyre nagyobb és nagyobb dolgokat hoztak összefonódott állapotba, például molekuláris ionokat, nagyobb nanorészecskéket és még aprócska gyémántokat is.
Ezen rendszerek összetevői azonban mind nagyon picik voltak és rendszerint jól szervezett, szabályos szerkezettel rendelkeztek, a szükséges nagyon hideg környezet mellett. A medveállatka ezekhez képest jelentősen nagyobb méretű, és kifejezetten kaotikus szerkezetű. A kísérlet kapcsán pedig egyre többen állítják, hogy annak során nem jött létre valódi összefonódás, illetve hogy nem történt semmi olyasmi, amire korábban ne lett volna példa. (A szélsőséges körülmények között való túlélést kivéve, az ugyanis valóban új eredmény, feltéve persze, hogy kiállja a lektori elbírálást.)
„A kvantumbitek egy elektromos áramkört alkotnak, és a medveállatkát ebbe helyezve az előbbi az elektromágnesség révén van hatással az utóbbira, amivel több mint 150 éve tisztában vagyunk. Ha egy porszemet tettek volna a kvantumbitekhez, akkor is ugyanezt a hatást érik el” – írja Ben Brubaker fizikus.
Az állítólagos összefonódás tehát a független szakértők szerint nem kvantumszintű, hanem az egyik lehetőség, hogy egy klasszikus kölcsönhatás eredménye a kvantumbit a medveállatka között. A másik pedig, hogy nincs is szó kölcsönhatásról, hanem egyszerűen egy medveállatkát a nagyon hideg és nagyon alacsony nyomású környezetben a kvantumbitre helyezve kaptak valamilyen eredményeket, amiket lehet összefonódásként, de máshogy is értelmezni.
Arra tehát egyelőre nincs elegendő bizonyíték, hogy az először sikerült egy élőlényt a kvantum-összefonódás állapotába helyezni. Sőt: egy sokkal egyszerűbb, klasszikus fizikai magyarázat is van az eredményekre. Ahogy persze az is kérdés, hogy mennyiben tekinthető élőnek egy kriptobiózisban levő, működő anyagcserével gyakorlatilag nem bíró organizmus. Akármi is legyen a válasz, a kvantumbiológia egyelőre őrzi titkait.
Forrás és képek: ipon.hu
