Znanstvenici su prvi put u povijesti uspjeli u tzv. kvantnoj sprezi povezati jedno \u017eivo bi\u0107e – mikroskopsku \u017eivotinjicu poznatu kao dugo\u017eivac.<\/p>\n\n\n\n
U eksperimentu koji su proveli Rainer Dumke s Nanyang Technological Universityja u Singapuru i njegovi suradnici dugo\u017eivac je bio kvantno spregnut sa supravodljivim kubitom, a posebno je zanimljivo to \u0161to je pre\u017eivio eksperiment. To je prvi put da je vi\u0161estani\u010dni organizam stavljen u ovo \u010dudno kvantno stanje. Rezultati su prvi korak u razumijevanju djelovanja kvantne mehanike u \u017eivim organizmima.<\/p>\n\n\n\n
Dugo\u017eivci – stvorenja koja mogu pre\u017eivjeti ekstremne uvjete<\/strong><\/span> \u017dive gotovo svuda gdje ima vlage – u morima, slatkim vodama i vla\u017enim podru\u010djima na kopnu, primjerice u vodenom filmu u mahovinama te u \u017eljebovima i na krovovima ku\u0107a. Imaju \u010detiri para kratkih no\u017eica koje zavr\u0161avaju pand\u017eicama. Hrane se sadr\u017eajem biljnih stanica, ali i malim \u017eivotinjama koje obi\u010dno ubodu kako bi isisali hranjive tvari. Razmno\u017eavaju se uglavnom spolno, no neke vrste mogu se razmno\u017eavati i nespolno, iz jaja\u0161aca koja nisu oplo\u0111ena.<\/p>\n\n\n\n Posebno su zanimljivi za znanstvena istra\u017eivanja zbog svoje sposobnosti da pre\u017eive u najekstremnijim uvjetima kakvi vladaju u svemiru – u vakuumu, na ekstremno niskim temperaturama, blizu apsolutne nule. U takvim nepovoljnim uvjetima u stanju obamrlosti (anabioza) mogu pre\u017eivjeti vi\u0161e godina dok uvjeti ponovo ne postanu povoljni. Zbog tog svojstva na hrvatskom su jeziku dobili naziv dugo\u017eivci.<\/p>\n\n\n\n \u0160to je kvantna sprega?<\/span><\/strong> Budu\u0107i da se to zbiva trenuta\u010dno, \u010dak i ako se dvije spregnute \u010destice udalje u razli\u010dite krajeve svemira, ovu neobi\u010dnu pojavu slavni fizi\u010dar Albert Einstein nazvao je “sablasnim djelovanjem na daljinu”. \u0160tovi\u0161e, smatrao je da ona, iako proizlazi iz kopenhagenske interpretacije kvantne mehanike, ne mo\u017ee postojati u prirodi jer bi mogla kr\u0161iti teoriju relativnosti prema kojoj informacije ne mogu putovati br\u017ee od brzine svjetlosti. Taj problem, adresiran 1935. u zajedni\u010dkom radu, odnosno misaonom eksperimentu Einsteina, Borisa Podolskog i Nathana Rosena, nazvan je EPR paradoksom.<\/p>\n\n\n\n Postojanje kvantne sprege kasnije je potvr\u0111eno u brojnim eksperimentima, a fizi\u010dar Niels Bohr u svojem je odgovoru Einsteinu, Podolskom i Rosenu pokazao da ona ne naru\u0161ava relativnost, odnosno da EPR paradoks ne stoji. On je ustvrdio da kvantna sprega izme\u0111u dvije \u010destice ne omogu\u0107uje bilo kojoj \u010destici ili bilo kojem drugom obliku informacije da se kre\u0107e izme\u0111u dva mjesta brzinom ve\u0107om od brzine svjetlosti. Dvije \u010destice mogu biti povezane kvantnom spregom, no to se nikada ne bi moglo koristiti za slanje signala s jednog mjesta na drugo brzinom ve\u0107om od brzine svjetlosti jer je jedino \u0161to se razmjenjuje izme\u0111u dvije \u010destice njihovo unutarnje kvantno stanje, a ne proslje\u0111uju se nikakve vanjske informacije.<\/p>\n\n\n\n Kvantna fizika djeluje u temeljnim \u017eivotnim procesima<\/span><\/strong> Naime, kvantni fenomeni toliko su delikatni da se mogu promatrati samo kada su svi drugi utjecaji maksimalno prigu\u0161eni – drugim rije\u010dima, u pa\u017eljivo kontroliranim sustavima na temperaturama blizu apsolutne nule te u vakuumu. Me\u0111utim, uvjeti za \u017eivot upravo su suprotni od toga – oni su slo\u017eeni, topli i vla\u017eni.<\/p>\n\n\n\n Stoga su za novi eksperiment bili klju\u010dni dugo\u017eivci za koje se zna da su sposobni pre\u017eivjeti u ekstremnim uvjetima.<\/p>\n\n\n\n Zamrznuti blizu apsolutne nule, spregnuti i ponovno o\u017eivljeni<\/span><\/strong> “Ovo je do danas najekstremnija niska temperatura i niski tlak na kojima je dugo\u017eivac pre\u017eivio, \u0161to jasno pokazuje da stanje kriptobioze u kona\u010dnici uklju\u010duje obustavu svih metaboli\u010dkih procesa jer sve kemijske reakcije prestaju kada su sve molekule ohla\u0111ene do osnovnog stanja”, komentirali su autori istra\u017eivanja.<\/p>\n\n\n\n U ovom stanju dugo\u017eivac se mo\u017ee smatrati obi\u010dnim dielektri\u010dnim elementom. U svojem eksperimentu autori su \u017eivotinjicu upravo tako i tretirali – kao dielektri\u010dnu kocku. Eksperimentalna postava sastojala se od dva supravodljiva kondenzatora koji, kada se ohlade, mogu postojati u superponiranom stanju koje se naziva kubit. U kvantnom ra\u010dunalstvu kubit je osnovna jedinica kvantnih informacija – kvantna verzija klasi\u010dnog binarnog bita – koja se fizi\u010dki realizira pomo\u0107u ure\u0111aja s dva stanja. Drugim rije\u010dima, kubit je kvantno-mehani\u010dki sustav s dva stanja, jedan od najjednostavnijih kvantnih sustava koji pokazuje svojstva kvantne mehanike. Primjerice, dva stanja u slu\u010daju elektrona sastoje se od elektrona koji mo\u017ee imati smjer spina prema gore i prema dolje.<\/p>\n\n\n\n Tim je postavio dugo\u017eivca izme\u0111u plo\u010da kondenzatora jednog kubita tako da je on postao dio sustava kondenzatora. Nakon toga znanstvenici su mogli mjeriti u\u010dinak dugo\u017eivca na svojstva kubita.<\/p>\n\n\n\n U sljede\u0107em koraku uspostavili su kvantnu spregu tog kubita sa susjednim tako da je cijeli sustav postao jedan kvantni objekt. Drugim rije\u010dima, dugo\u017eivac je postao kvantno spregnut sa svojom neposrednom okolinom.<\/p>\n\n\n\n “Vidjeli smo kako se \u017eivotinjica u kriptobiozi povezala sa supravodljivim kvantnim bitom nakon \u010dega smo formirali sna\u017eno spregnuto stanje izme\u0111u kombiniranog sustava i drugog kubita”, objasnili su autori.<\/p>\n\n\n\n Kona\u010dno, nakon \u0161to je dugo\u017eivac bio u kriptobiozi vi\u0161e od dva tjedna, tim ga je polako zagrijavao i istovremeno ponovno podizao tlak zraka do uobi\u010dajenog, atmosferskog.<\/p>\n\n\n\n Iako ovaj eksperiment jo\u0161 ne otkriva na koje na\u010dine kvantna mehanika djeluje u slo\u017eenim \u017eivotnim procesima, on predstavlja prvi korak u tom smjeru.<\/p>\n\n\n\n “Na\u0161 rad pru\u017ea prvi korak u uzbudljivom smjeru stvaranja hibridnih sustava koji se sastoje od \u017eive tvari i kvantnih bitova”, poru\u010dili su autori.<\/p>\n\n\n\n
Dugo\u017eivci su mikroskopske \u017eivotinjice koje zbog svojeg bucmastog izgleda i na\u010dina kretanja podsje\u0107aju na malene medvjedi\u0107e pa se ponekad tako\u0111er nazivaju vodenim medvjedi\u0107ima.<\/p>\n\n\n\n
Kvantna sprega jedan je od najbizarnijih fenomena koji se o\u010dituje u mikrosvijetu, odnosno na razinama na kojima djeluje kvantna mehanika. Kada se dvije ili vi\u0161e \u010destica, poput protona ili elektrona, pove\u017eu na odre\u0111eni na\u010din, bez obzira na to koliko su udaljene u svemiru, njihova stanja ostaju povezana. To zna\u010di da dijele sjedinjeno kvantno stanje. Ako se promatra stanje jedne \u010destice, nalazi mogu automatski pru\u017eiti informacije o drugim spregnutim \u010desticama, bez obzira na to koliko se one daleko nalazile. Tako\u0111er, svako djelovanje na jednu od spregnutih \u010destica automatski \u0107e utjecati na ostale u spregnutom sustavu.<\/p>\n\n\n\n
Posljednjih godina pojavili su se dokazi da kvantna mehanika igra odre\u0111enu ulogu u nekim od temeljnih \u017eivotnih procesa. No, na koji na\u010din se to zbiva, jo\u0161 uvijek nije razja\u0161njeno; to je podru\u010dje kojim se znanstvenici tek po\u010dinju baviti, a izazovi su veliki.<\/p>\n\n\n\n
Kako bi izveli svoj eksperiment, singapurski su znanstvenici ohladili dugo\u017eivca na temperaturu ispod 10 milikelvina, \u0161to zna\u010di gotovo na apsolutnu nulu (apsolutna nula je 0 K, odnosno -273.15\u00b0C). Istovremeno su smanjili tlak zraka na milijunti dio onoga u atmosferi. U tim uvjetima ne mogu se odvijati nikakve kemijske reakcije, tako da su metabolizam i procesi \u017eivota dugo\u017eivca bili potpuno zaustavljeni.<\/p>\n\n\n\n