Kuvittele kissa, jota tavalliset säännöt eivät pysty rajaamaan. Se ei vain ole elävän ja kuolleen välimaastossa; se on koottu komponenteista, jotka ovat itsessään jääräpäisen erikoisia. Tällaista kuvaa maalaa Oxfordin ryhmä, joka on vienyt Schrödingerin kuuluisan ajatuskokeen uuteen, outoon suuntaan.

Alkuperäinen ajatus, hiukkanen joka on samanaikaisesti kahdessa toisensa poissulkevassa tilassa, on kvanttimaailman tekstikirjaesimerkki erikoisuudesta. Erwin Schrödinger hahmotteli sen vuonna 1935 provokaationa. Todelliset laboratoriot ovat kauan sitten muuttaneet provokaation kokeiksi, asettamalla atomeja ja fotoneja superpositioihin. Oxfordin ryhmä meni askeleen pidemmälle: he valitsivat rakennuspalikoiksi eivät lainkaan klassisia, vaan syvästi kvanttipuolelle kuuluvia osia, ja kietoivat ne lomittuneiksi muodostaen uuden perheen kissamaisia tiloja.

Kuinka he tekivät sen? Ryhmä ansasi yksittäisen strontium-88-ionin optiseen potentiaalikuoppaan ja käytti saman hiukkasen sisällä kahta eri vapauttamisastetta. Toinen aste, ionin sisäinen elektroninen tila, toimi kuin kubitti. Toinen, ionin liike, sen pieni edestakainen värähtely, käyttäytyi kuin kvanttioskillaattori. Säätelemällä vuorovaikutuksia näiden kahden välillä ja lisäämällä huolellisesti ajoitetun mittauksen keskelle prosessia tutkijat muovasivat oskillaattorin liikettä eksoottisiksi geometrioiksi, jotka muistuttavat kvanttista 'kissaa', mutta paljon rakenteellisempina.

Artikkelin ensimmäinen kirjoittaja Sebastian Saner kuvailee tekniikkaa eräänlaisena veistoksena: kubitti ja oskillaattori muovataan yhdessä, ja sitten kubitin mittaustulos jäädyttää oskillaattorin tarkkaan siihen kuvioon, jonka ryhmä haluaa. Lyhyt lause. Suuri kontrolli. Tulos ei ole pelkästään hiukkanen kahdessa tilassa, vaan komponentit ovat itsessään ei-klassisia ja joskus yllättäviäkin kokoonpanoja.

Miksi tämän pitäisi kiinnostaa ketään? Koska nämä rikkaammat tilat kantavat tietoa eri tavalla. Tavalliset kubitit ovat hauraita, pieni häiriökin sotkee ne. Oskillaattoripohjaiset kissatilat voivat koodata tietoa kestävämmällä tavalla, levittäen informaation liikekuvion yli, jota on vaikeampi pilata. Tämä kestävyys voi johtaa yksinkertaisempiin ja tehokkaampiin virheenkorjausstrategioihin kvanttitietokoneissa sekä herkempiin, kohinalle vastustuskykyisiin kvanttiantureihin.

Kuvittele, että vaihdat yhden hauraan langan punotuksi köydeksi. Kun kude kulunee joistakin kohdista, se voi silti pitää. Käyttämällä liikeoskillaattoreita paljaiden kaksitasoisten kubittien sijaan insinöörit saavat uusia keinoja hallita, miten tieto tallennetaan ja palautetaan, ja avaavat reittejä arkkitehtuureihin, jotka sietävät kokeellisten häiriöiden kaoottista todellisuutta.

Työ, joka on julkaistu Physical Review X:ssä, on kokeellinen ja harkittu. Ryhmä osoittaa, että tarkalla kontrollilla ja sarjan keskelle sijoitetuilla mittauksilla voi loihtia lähes mielivaltaisia, geometrisesti muotoiltuja kvanttitiloja oskillaattorissa. Tämä joustavuus on suunnittelijan työkalu: he voivat räätälöidä tiloja tiettyihin virhemalleihin tai antamistehtäviin sen sijaan, että vaatimuksia sovitettaisiin yksinkertaisiin kubitteihin.

Käytännön esteitä toki on. Oskillaattorit tuovat mukanaan omat herkkyytensä ja monimutkaisuutensa. Mutta laajentamalla sitä repertuaaria, mitä pidetään käyttökelpoisena kvanttina tilana, Oxfordin koe kirjoittaa osan kvanttitiedon pelikirjaa uudelleen. Kyse ei ole enää pelkästään pienten järjestelmien eristämisestä; kyse on monimutkaisuuden suunnittelusta, joka kestää maailman vaikutuksia.

Jo valmiiksi kvantillisista osista muodostetut kissatilat antavat tutkijoille uusia tapoja tallentaa ja suojata kvanttitietoa, mikä edistää sekä laskentaa että mittausteknologiaa.

Koe ei päätä keskustelua kvanttiperusteista, eikä se tietenkään laita oikeaa lemmikkiä laatikkoon. Sen sijaan se näyttää, kuinka paljon enemmän on tutkittavaa, kun käytämme maailmankaikkeuden oudoimpia aineksia uusien laitteiden rakentamiseen, ja se herättää kysymyksen siitä, voisivatko seuraavan sukupolven kvanttikoneemme syntyä suunnitelmista, jotka omaksuvat outouden sen sijaan, että piilottaisivat sen.