A szingapúri Nanyang Műszaki Egyetem számos érdekes felfedezésről ismert, amelyek a laboratóriumaiban dolgozó kutatók munkájának köszönhetőek, többek között itt alkották meg a papír alapú, lebomló akkumulátort, az ablakon át beszűrődő zajokat semlegesítő eszközt, és segítettek a jód hatóanyagú elektromos hajtómű kifejlesztésében, de egyik legutóbbi publikációjukban az egyetem kvantumfizikusai olyan kísérletről számoltak be, amely egészen új területet nyithat meg a kutatásokban, még akkor is, ha ennek konkrét gyakorlati haszna első látásra nem is annyira nyilvánvaló, mint az előbb említett eszközöknek.

Rainer Dumke professzor és munkatársai egy miniatűr élőlényt, egy medveállatkát hoztak a kvantumösszefonódás állapotába, miután az állatot két szupravezető qubit közé helyezték.

A kísérlet két kérdést vet fel, hogyan csinálták és miért?

A hogyanra a medveállatka (Tardigrada) speciális szervezete a magyarázat, ez az élőlény ugyanis egészen extrém körülmények között is képes életben maradni, ahogy azt már számos korábban elvégzett megfigyelés során bizonyították. Az ősszájúak közé tartozó vedlő állatok főtörzsének egyik törzsét alkotó Tardigradák kis méretű, maximum másfél milliméteres élőlények, amelyek zömök testét kinint is tartalmazó "páncél" fedi, és nagyjából bárhol a világon megélnek, beleértve a hőforrásokat vagy a jég alatti területeket is. Főként növényi nedvekkel táplálkoznak, de időnként ragadozó életmódot folytatnak vagy egymást is megeszik. A tudósok számára érdekes kutatási témát jelent az ellenállóképességük tanulmányozása: egyes példányaikat már az űrben is körbeutaztatták 2007-ben egy szonda fedélzetén, idén júniusban pedig a Nemzetközi Űrállomásra is feljuttattak néhányat, hogy az űrbeli körülményekre adott kémiai válaszreakcióikat analizálják.

Az állatok egyik védekezési mechanizmusa, amellyel a szélsőséges körülmények között biztosítják a túlélésüket, a kriptobiózis, amelyet más fajhoz tartozó egyszerű élőlények esetén is megfigyeltek már, de a medveállatkák valódi mesterei ennek a technikának: a kriptobiózis során az életjelenségek megszűnnek és az anyagcsere majdnem teljesen leáll. Ebben az alig élő állapotban rendkívül sokáig, akár évekig is képesek fennmaradni az alacsonyabb rendű szervezetek, miközben a testük folyadéktartalma lecsökken, és látszólag halottak, a kriptobiózis állapotában lévő egyedek biológiai folyamatai azonban újraindíthatóak és az organizmus vissza tud térni az életbe. Ilyen kiszárított, de még minden bizonnyal élő medveállatkák ezrei találhatóak jelenleg is a Holdon, ahol az őket szállító izraeli Beresheet leszállóegység meghibásodása és becsapódása után szóródtak szét 2019-ben.

A kriptobiózis állapotát használták ki a Nanyang Egyetemen zajló kutatás során is, mikor a fizikusok egy kiszárított és lehűtött medveállatkát két qubit közé helyeztek és a kvantumösszefonódás állapotába hozták. A kriptobiózis állapotában lévő élőlény az eddigi kísérletek során létrehozott legextrémebb körülményeket élte túl, miután 10 millikelvin, vagyis mínusz 273 Celsius-fokos hőmérsékleten tartották 420 órán keresztül (17,5 nap), de a vizsgálatok után mégis sikerült feléleszteni, vagyis bizonyíthatóan életben volt a kvantumkísérlet alatt is. A kvantumrendszert egy szilícium alapon elhelyezett, egymástól egy milliméterre lévő két transmon qubitos struktúra, az ezeken található kondenzátorok és a közéjük illesztett medveállatka alkotta, amely először a hozzá közelebb eső kvantumbittel került kapcsolatba.

A kapcsolat létrejöttét a qubit frekvenciájának változása jelezte, amely 8 MHz-cel esett vissza, ez a mérések szerint összhangban állt az élőlény dielektromos állandójával. A kísérlet második felében ezt a párost hozták összefonódott állapotba a második qubittal RF pulzusokkal, az összefonódás meglétét pedig kvantumtomográfiával ellenőrizték. A vizsgálatot egyetlen egyeddel végezték el, amelyet később vízbe helyezve feltámasztottak, de így is sikerült bizonyítani, hogy egy élő organizmus beépítése a kvantumrendszerbe kivitelezhető megfelelő körülmények között.

De miért hozták létre a qubit-medveállatka rendszert?

A kutatók leírása szerint az elsődleges motivációt az adta, hogy megpróbálják cáfolni Niels Bohr kijelentését, amely szerint egy organizmus felépítésének atomi szintű megfigyelésére csak akkor van lehetőség, ha az élőlény halott, igaz ugyan, hogy a medveállatka ebben az esetben a kriptobiózis állapotában volt, de mégis élt, így az állítás itt nem állta meg a helyét.

"Az élet komplex, forró és nedves, míg a kvantumobjektumok kis méretűek, hidegek és jól kontrolláltak. Átléptünk ezen az akadályon egy medveállatkával"

- írják a tanulmányban a kutatók, hozzátéve, hogy "a jelenlegi vizsgálat feltehetően a legközelebbi megvalósulása a biológiai anyag és a kvantumanyag egyesítésének a mai technológiával."

A kutatók remélik, hogy a kísérlet nem csak egy érdekességnek, hanem annál sokkal többnek bizonyul, az első lépésnek az élő anyag és kvantumbitek hibrid rendszerének megalkotása felé vezető úton. A vizsgálatok két résztvevője, Rainer Dumke és Tomasz Paterek egyébként két évvel ezelőtt nyerte el az Ig Nobel díjat biológia kategóriában, amiért bizonyították, hogy a halott és élő mágnesezett csótányok jellemzői között különbségek fedezhetőek fel.

(New Scientist Fotó: Wikimedia Commons/Frank Fox, Getty Images/Steve Gschmeissner/Science Photo Library)