Sind Bärtierchen die ersten Tiere, denen es gelingt, eine Quantenverschränkung zu erreichen?

Sind Bärtierchen die ersten Tiere, denen es gelingt, eine Quantenverschränkung zu erreichen?

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Es war schon immer schwierig, biologische und Quantensysteme gemeinsam zu diskutieren, da sie scheinbar genau entgegengesetzte Bedingungen erfordern. Das Leben ist komplex, „heiß und nass“; Quantenobjekte sind klein und kalt und müssen präzise kontrolliert werden.

In einer neuen Studie führte ein Team von Physikern jedoch ein Quantenverschränkungsexperiment mit Bärtierchen (auch als Wasserbären bekannt) durch.

Das Bärtierchen, das als das stärkste Lebewesen der Erde gilt, ist ein winziger mehrzelliger Organismus.

Als diese erstaunlichen winzigen Lebewesen im Jahr 2019 versehentlich auf dem Mond landeten, löste dies Bedenken aus, dass die Mondoberfläche kontaminiert sein könnte.

In Laboren auf der Erde haben sie auch an einer Reihe wissenschaftlicher Studien „teilgenommen“. Sie wurden beispielsweise von Ultrahochgeschwindigkeitsgeschossen getroffen, in kochend heißem Wasser gebadet, starker ultravioletter Strahlung ausgesetzt und lebten in einer Vakuumumgebung …

Alle diese extremen Bedingungen sollen einen Zustand namens „Tun“ testen, den extremen Überlebensmechanismus eines Bärtierchens.

In diesem Zustand rollen sie sich zu einer geschrumpften, dehydrierten Kugel zusammen und ihr Stoffwechsel kann auf bis zu 0,1 % des Normalwerts sinken, wodurch ihre biologischen Funktionen auf unbestimmte Zeit ausgesetzt werden.

Nun haben die Forscher Einzelheiten zu ihrem Experiment auf der Preprint-Site arXiv veröffentlicht. In einem neuen Artikel heißt es, Experimente hätten gezeigt, dass Bärtierchen eine vorübergehende Quantenverschränkung erreichen können.

Wenn die Forschungsergebnisse die Peer-Review bestehen, würde das Experiment bestätigen, dass Bärtierchen die ersten lebenden Tiere sind, die sich verfangen.

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Quantenverschränkung ist ein seltsames Phänomen in der Quantenmechanik, das normalerweise auf der subatomaren Teilchenskala auftritt.

Zwei verschränkte Teilchen sind auf mysteriöse Weise miteinander „verbunden“. Wenn sich die Eigenschaften eines Partikels ändern, ändert sich das andere Partikel sofort auf die gleiche Weise. Diese Verbindung kann auch dann bestehen, wenn sich einer von ihnen auf der Erde und der andere in einer weit entfernten Galaxie befindet.

Einstein äußerte einst Zweifel an diesem Phänomen und nannte es „spukhafte Fernwirkung“.

Dieser Effekt kann jedoch tatsächlich über den Bereich subatomarer Teilchen hinausgehen. In einer 2018 im Journal of Physical Communications veröffentlichten Studie zeigte ein Forschungsteam, dass eine bestimmte Art von Licht und Bakterien mit Photonen verschränkt werden können.

Können also auch Bärtierchen als mehrzellige Organismen diese seltsame Verbindung entwickeln?

In der neuen Studie sammelte das Forscherteam drei Bärtierchen aus einer Dachrinne in Dänemark. In ihrem dynamischen Zustand variierte ihre Größe zwischen 0,2 und 0,34 mm, aber als die Forscher sie einfroren und in den „Tun“-Zustand versetzten, schrumpfte ihre Größe auf etwa ein Drittel ihrer ursprünglichen Größe.

Anschließend froren die Forscher die Bärtierchen noch weiter ein, indem sie sie bis nahe an den absoluten Nullpunkt (10 mK) abkühlten und einem sehr niedrigen Druck aussetzten.

In ihrem Experiment platzierten die Forscher ein Bärtierchen im „tun“-Zustand zwischen zwei Kondensatorplatten in einem Supraleiterschaltkreis, der eine Art Quantenbit bilden kann. Wie in der Abbildung unten gezeigt, ist Qubit B über einen Kondensator mit dem benachbarten Qubit A gekoppelt.

Wenn das Bärtierchen mit Qubit B in Kontakt kommt, ändert es die Resonanzfrequenz von Qubit B.

Anschließend wird die Kombination aus Bärtierchen und Qubit B mit Qubit A gekoppelt, wodurch die beiden Systeme miteinander verschränkt werden.

Schaltplan von zwei Qubits und einem Bärtierchen (T). | Bildnachweis: KSLee et. al. / arXiv

In mehreren Tests stellten die Forscher fest, dass sich die Frequenzen sowohl des Qubits als auch des Bärtierchens im Gleichschritt änderten, ähnlich einem dreiteiligen verschränkten System.

Nachdem sich die drei Bärtierchen 420 Stunden (17,5 Tage) im „Tun“-Zustand befunden hatten, erhitzten die Forscher sie vorsichtig, um sie wiederzubeleben.

Das Ergebnis war, dass ein Bärtierchen in seinen aktiven Zustand zurückkehrte, während die anderen beiden starben. Forscher glauben, dass dieser einzige Überlebende der Bärtierchen das erste quantenverschränkte Tier der Geschichte ist.

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Dieses Ergebnis klingt auf jeden Fall spannend. Allerdings stieß diese neue, noch nicht von Experten begutachtete Studie unmittelbar nach ihrer Veröffentlichung auf viel Kritik und Zweifel aus der wissenschaftlichen Gemeinschaft.

Einer der Hauptstreitpunkte besteht darin, dass die im Experiment beobachtete Kopplung sowohl mit als auch ohne Verschränkung beobachtet werden kann.

Physiker, die diese Behauptung unterstützen, argumentieren, dass das Platzieren eines Bärtierchens auf einem Qubit tatsächlich die Frequenz dieses Qubits ändern könnte, aber das sei etwas anderes als die Verschränkung der beiden.

Im Rahmen des Experiments wurde lediglich ein Bärtierchen auf den Kondensatorteil eines der beiden gekoppelten Quantenbits gesetzt. Zu diesem Zeitpunkt besteht das Bärtierchen im Wesentlichen nur aus gefrorenem Wasser. Es wirkt im Experiment wie ein Dielektrikum und verändert die Resonanzfrequenz des Quantenbits, in dem es sich befindet, was nicht als Verschränkung bezeichnet werden kann.

Einen ähnlichen Effekt kann man erzielen, wenn man ein Bärtierchen neben ein Quantenbit aus einem Schaltkreis oder ein Staubkorn daneben platziert.

Kurz gesagt: Die Behauptungen der Kritiker, die Bärtierchen seien mit einem Qubit-Paar verschränkt gewesen, sind schlichtweg falsch. das Experiment hat die Bärtierchen in keiner Weise mit Qubits verknüpft.

Ob das Bärtierchen das erste lebende Tier ist, dem es gelingt, sich in seinen Gliedern zu verfangen, müssen Wissenschaftler möglicherweise noch genauer untersuchen.

Aus einer anderen Perspektive zeigt uns die Tatsache, dass diese Bärtierchen nach der Abkühlung auf 10 mK wieder zum Leben erwachten, unabhängig davon, ob sie einer „geisterhaften Fernwirkung“ ausgesetzt waren, dass sie widerstandsfähiger sind als bisher angenommen. Auch wenn sie nicht „quantenbehaftet“ sind, sind sie schon erstaunlich genug.

Quelle: Prinzip (ID: principia1687)

Autor: Xiaoyu

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