Kui te oleksite kvantosake, siis ei peaks te maksma sentigi ei oma söögi ega kroonigi üle Atlandi reisi eest. Energiat ammutaksite tühjusest ja samal ajal suudaksite viibida mitmes paigas. Ka suudaksite läbi saada ilma mobiiltelefonita, sest kvantpõimumise kaudu oleksite niikuinii silmapilkses ühenduses nendega, kellega kunagi koos olite. Muidugi ei vajaks te ka uksi, sest pääseksite otse läbi seina. Jääks vaid üks painav küsimus: kas te oleksite olemas ka siis, kui keegi teid ei jälgi?

Kuid kvantosake te ju ei ole, elate tavalises, makroskoopilises maailmas. Reis kvantmaailmast meie jaoks igapäevasesse maailma on kui rännak ulmejutust realistlikku romaani. Kus aga kvantmaailm lõpeb ja tavapärane algab, on olnud sama raske kindlaks määrata kui seda, millal siis ikkagi päevast saab öö.

Darvinism kvantmaailmas

Kvantmehaanika algaegadel seletati klassikalise maailma ilmnemist kui teatavat koormist, mis tuli kvantmehaanikale peale panna, et tavalisse maailma jõuda. 80 aasta eest sõnastatud nn Kopenhaageni käsitluses nähti, et kvantosakese vaatlemine häirib selle seisundit ja see viibki tavamaailma. Enne mõõtmist ei ole kvant­osakestel fikseeritud olekut, nad eksisteerivad segaolekus, mis hõlmab meie jaoks vasturääkivaid seisundeid. Seda kummalist maailma kutsuti seletama üks kuulsamaid mõttelisi eksperimente teaduse ajaloos, nn Schrödingeri kassi paradoks. Kass pannakse kasti, kus on anumake mürgiga. Mürgi vallandab kvantosake, mis on ühes kahest seisundist. Teine seisund jätab mürgianuma puutumata. Kuid kui kast on kinni, siis me ei tea, millises seisundis osake parasjagu on. Ja nii ei tea me, kas kass on surnud või mitte. Kui aga kast avada, siis kvantolek variseb kokku ja me näeme, kuidas asjalood kiisuga on.

Kuid hiljutine nn dekoherentsi teooria väidab, et kvantmaailma kokkuvarisemine ei toimu hetkega. Ning eri kvantolekutel on dekoherentsile erinev vastupanu. Nii et dekoherents ei ole mitte objekti suuruse, vaid aja küsimus. Ja kvantolekusse jäävad selleks kõige enam kohastunud olekud, nii nagu arenevad liigid eluslooduses. See on olukord, mida on hakatud nimetama kvantdarvinismiks.  

California ülikooli teadlane Nadav Katz ja tema kolleegid tegid eksperimendi, mille käigus siirdusid justkui ajas tagasi, viies kvantoleku oma esialgsesse olekusse, kus see ei olnud kokku varisenud. Nad justkui piilusid Schrödingeri kassi kasti, ilma seda avamata, ja päästsid ta peaaegu kindlast surmast.

Muidugi ei kasutanud teadlased oma eksperimendis kassi, vaid hoopis nüüdisajal populaarset kvantobjekti, faasikubitit, mida sageli kasutatakse kvantarvutuse eksperimentides. See on ülijuhtiv vooluring, mis on katkestatud isoleeriva üleminekuga. Kubitil võib olla kaks energiat, väike ja suur. Ning see võib olla mõlemas energiaseisundis ka ühel ajal, nii nagu mõtteline kass kastis on nii elus kui ka surnud. Iga katse selle energiat muuta viib kubiti ühte seisundisse, see tähendab kvantmaailmast tavamaailma. Kuid selgub, et kubiti energia kohta võib kavalal moel saada ka kaudse vihje. Selleks kasutatakse kvantsüsteemi omadust minna läbi barjääri.

Nii saabki seda meelitada tagasi kvantmaailma.

Sellised eksperimendid pole ainult esoteeriliste kvantmehaanikute mängumaa. Need tehakse ikka kindlal eesmärgil – selgitada välja, kas kvantarvutit saab ka reaalselt ehitada. Rehkendustes on ju kvantarvuti võimas ja vägev seade, mis annab meile korraga mitte ühe, vaid tuhat ja üks vastust. Kuid seda on raske konstrueerida, kuna kvantarvutuse aluseks olevad kvantkubitid kipuvad kokku varisema ja tavamaailma siirduma. Tavaarvuti töötleb infot bittides, mis võivad omada väärtusi 0 või 1. Kuid kvantkubit võib olla korraga kahe oleku superpositsioonis. See võimaldabki teha rehkendusi paralleelselt. Nüüdseks on aga laborites kokku kombineeritud suhteliselt väike arv kubiteid, kuna need on äärmiselt haprad. Isegi imenõrk suhtlemine välismaailmaga võib need viia tavaolekusse ja seega hävitada info. Ja katse, mis näitas, et kubiti võib viia tagasi tema kvantolekusse, on seetõttu oluline.


Klassikaline kvantmaailm

Mõned teoreetikud on hakanud tõlgendama ka klassikalist maailma kui kvantmaailma osa. Nende arvates oleme samuti kvantmaailma osa nagu tillukesed algosakesed. Kuid meis toimivad kvantefektid on nii tillukesed, et neid mõõta on raskem kui teha kindlaks, kui palju paindub Oleviste torn, kui kärbes sellele lendab.

“Kas objekt on klassikaline või kvantmehaaniline, on mõõteaparatuuri valiku küsimus,” ütleb Viini ülikooli kvantmehaanik Anton Zeilinger. Tema rühm näitas üheksa aasta eest kvantmõju kahe suure kerakujulise fullereeni molekuli vahel, mida sinnamaani peeti kindlalt klassikalisteks objektideks. Kui neid näiteks skaneeriva tunnelmikroskoobiga uurida, siis võib neid näha justkui jalgpalle. Kui aga valida interferentsmõõtmine, siis saab näha ka nende kvantomadusi. “Üks ja sama objekt saab olla korraga nii kvantolekus kui ka klassikaline,” ütleb Zeilinger. Kui aga fullereeni molekulide vahelt lasta läbi gaasi, siis nende kvantomadused ajapikku kaovad, ja kadumise kiirus vastab teoreetikute väljarehkendatule.

“Kvantmehaanika on perfektne teooria, see on absoluutselt korrektne. Kuid kontseptuaalselt on meil siiani raskusi,” ütleb Zeilinger, kommenteerides kvantmehaanika olukorda, ja lisab, et tema tahaks näha, mis asub kvantmehaanikast kaugemal. “Newtoni mehaanikale järgnes relatiivsusteooria, mis ei lükanud seda küll ümber, aga täpsustas. Nõnda peaks ka kvantmehaanikast olema midagi edasi.”

Zeilingeri rühm on ka näidanud, et kaks teineteisest kaugel asuvat footonit põimuvad tõepoolest. “Meil on eksperimendi tulemused, milles keegi ei kahtle. Kahe kuni 144 kilomeetri kaugusel oleva punkti vahel esineb korrelatsioon. See tähendab, et otsustus, mida tehakse ühes otsas, mõjutab teist otsa silmapilkselt,” ütleb ta. “See on jälgitud tõsiasi. Teine asi on tõlgendamine. Mõned ütlevad, et maailm on mittelokaalne, see tähendab, et asju, mis asuvad kaugel eemal, saab mõjutada silmapilk. Teised aga väidavad, et reaalsus sõltub vaatlejast. Võib-olla tuleb mõni noor Einstein ja vaatab asjale hoopis eri nurga alt.”