Oxfordský experiment s kvantovými stavy. Fyzici vytvořili pokročilejší verzi Schrödingerovy kočky

Jediný ion stroncia v magnetické pasti posloužil oxfordským fyzikům k vytvoření celé rodiny kvantových superpozic, které překračují klasickou představu Schrödingerovy kočky.

Foto: Needpix

Když se řekne Schrödingerova kočka, většina lidí si vybaví stejný myšlenkový experiment: systém existuje ve dvou stavech najednou, dokud ho někdo neměří. V laboratořích se takový „kočičí stav“ běžně realizuje jako superpozice dvou koherentních vlnových paketů, tedy dvou klasicky vypadajících obálek posunutých proti sobě. Oxfordský tým ale 3. června 2026 představil něco podstatně odlišného. Složky jejich superpozic už samy o sobě nemají nic klasického. Jsou to takzvané stlačené (squeezed), tristlačené (trisqueezed) a kvadstlačené (quadsqueezed) stavy, objekty s vnitřní strukturou, kterou klasická fyzika nedokáže popsat. A co víc, tým je umí programovatelně skládat do libovolných kombinací.

Co se stalo v oxfordské laboratoři

Celý experiment se odehrál na jediném iontu stroncia-88 zachyceném v iontové pasti. Fyzici provázali vnitřní spinový stav iontu s jeho pohybem, který se chová jako kvantový harmonický oscilátor, něco jako nekonečně jemná pružina kmitající na kvantové úrovni. Klíčový trik spočíval v takzvaném měření uprostřed obvodu: uprostřed experimentu změřili spin iontu, a tím „zkolabovali“ jeho pohyb do předem zvolené superpozice neklasických složek.

Výsledek ověřili plnou stavovou tomografií a rekonstrukcí Wignerovy funkce, kvazipravděpodobnostního popisu stavu ve fázovém prostoru. Záporné oblasti v této funkci jsou přitom jednoznačným podpisem genuinně kvantového chování, které nelze vysvětlit žádnou klasickou směsí.

Podstatné je, co všechno šlo nastavovat. Tým mohl volit velikost, fázi, orientaci osy stlačení, prostorovou separaci složek i poměr jejich amplitud. Dokázal vytvořit i asymetrické superpozice a dokonce míchat různé řády v jedné vlnové funkci, například složit stlačenou a tristlačenou komponentu dohromady. To není jeden typ kočky. Je to programovatelná rodina.

Od kvadstlačení k superpozicím za pět týdnů

Červnový výsledek nestojí osamoceně. 1. května 2026 tentýž oxfordský tým oznámil, že na stejné platformě poprvé experimentálně zpřístupnil kvadstlačení (quadsqueezing), interakci čtvrtého řádu, kterou do té doby nikdo v laboratoři nerealizoval. O pouhých pět týdnů později tyto stavební bloky začal koherentně skládat do superpozic.

Tempo je pozoruhodné a ukazuje, že nejde o izolovaný výstřel, ale o systematicky budovaný nástrojový soubor pro práci s oscilátorovými kvantovými stavy. Teoretický základ přitom sahá minimálně k roku 2021. Oxford teď někdejší návrh krok za krokem převádí do experimentální reality.

Proč nejde jen o hezčí obrázek

Standardní kočičí stavy skládají dvě opačně posunuté kopie téhož klasicky nejbližšího stavu. Představte si to jako dvě identické kuličky na opačných stranách misky. Oxfordské stavy jsou jiné, jejich složky se liší nejen polohou, ale i vnitřní strukturou, řádem nelinearity a rozdělením kvantové neurčitosti. Návrhový prostor se tím dramaticky zvětšuje.

A to má praktické důsledky. Oxfordská zpráva uvádí, že při stejné průměrné energii vykazují nové stavy větší „kvantovou zdrojovost“ než standardní kočičí stavy nebo Fockovy stavy. To z nich dělá kandidáty na takzvané zdrojové stavy (resource states), stavební kameny pro tři oblasti:

• Kvantové výpočty se spojitými proměnnými, kde se informace kóduje do spojitých proměnných oscilátoru místo do diskrétních qubitů.
• Kvantová senzorika, kde neklasické stavy umožňují měření přesahující klasické limity.
• Bosonická oprava chyb, kde se informace ukládá do oscilátoru a nastavitelnost parametrů (separace, stlačení, orientace) umožňuje přizpůsobit kódování konkrétnímu typu šumu.

Plnou demonstraci chybového kódu tato práce zatím neobsahuje. Ale rozšíření palety dostupných stavů je nutný předstupeň.

Jak daleko je to k praktickému kvantovému počítači

Hodně. Experiment pracoval s jediným iontem, ne s vícequbitovým procesorem. Komerční systémy se zachycenými ionty, jaké nabízí například Quantinuum přes cloudový přístup, řeší jiné patro problému: škálování, opravu chyb v reálném čase, propojení mnoha qubitů. Oxfordský výsledek leží o několik úrovní níž, na úrovni fyzikální operace a návrhu vhodnějších kvantových stavů.

V Česku přitom existují příbuzné výzkumné směry. Olomoucká laboratoř OLMI pracuje s neklasickými stavy a jednoatomovými oscilátory, projekt NONGAUSS na Univerzitě Palackého rozvinul výzkum kvantových negaussovských stavů směrem k zachyceným a chlazeným iontům a Ultra-cold Plasma Laboratory na MFF UK připravuje zachycené elektrony do specifických kvantových stavů pomocí laserově chlazených iontů. Přímou spolupráci s oxfordským týmem na tomto konkrétním experimentu se nám ale ve veřejných zdrojích nepodařilo doložit.

Co to mění v celkovém obrázku

Oxfordský experiment nepřepisuje časovou osu komerčního kvantového počítání. Nepřináší hotový procesor ani nový rekord v počtu qubitů. Přináší ale něco, co bývá v popularizaci přehlíženo: rozšíření fyzikálního slovníku. Dosud měly laboratoře k dispozici omezenou sadu stavů, se kterými uměly pracovat. Teď mají programovatelnou rodinu, jejíž parametry lze ladit podle potřeby.

Dva oxfordské výsledky za pět týdnů, nejprve kvadstlačení, pak jeho koherentní skládání do superpozic, ukazují laboratoř, která nehoní jednotlivé rekordy, ale staví systematický nástrojový soubor. A právě takové soubory nakonec rozhodují o tom, které platformy přežijí cestu od fyzikálního experimentu ke skutečné technologii