Kvantová fyzika v každodenním životě

Kvantová fyzika zkoumá chování hmoty a energie na těch nejmenších možných úrovních – v měřítku atomů a subatomárních částic. Na této úrovni už neplatí pravidla, která známe z klasické fyziky.

Představte si třeba světlo. Na makroskopické úrovni se chová jako vlna (například duhové spektrum při rozkladu světla). Na kvantové úrovni však světlo existuje i jako jednotlivé částice – fotony. Tato dvojí povaha částic je jedním z klíčových principů kvantové fyziky.

Dalším podivným jevem je kvantová superpozice. Částice, například elektron, může být ve více stavech najednou – dokud ji nezměříme. Klasickým příkladem je Schrödingerova kočka: hypotetická kočka uzavřená v krabici je současně živá i mrtvá, dokud se do krabice nepodíváme.

Pak je tu kvantová provázanost – propojení dvou částic, které reagují na změny jedna druhé, i když jsou od sebe na obrovské vzdálenosti. Albert Einstein tomu říkal „strašidelné působení na dálku“. Tento jev má zásadní roli například v kvantové kryptografii nebo komunikaci.

„Kvantové jevy jsou klíčové pro fungování atomových hodin, které zajišťují extrémně přesné měření času,“ říká Dr. Jana Novotná z Českého metrologického institutu. „Bez této přesnosti by GPS signály měly chybu až několik kilometrů.“ Když tedy zapnete navigaci na telefonu, aby vás dovedla na schůzku, poděkujte kvantovým vědcům.

„Budoucnost šifrování patří kvantové kryptografii,“ uvádí prof. Tomáš Vávra, expert na kybernetickou bezpečnost. Díky kvantové provázanosti lze vytvořit neprolomitelné šifrovací klíče. Už dnes se tato technologie testuje v bankovnictví nebo státní komunikaci.

Kvantové principy jsou také základem magnetické rezonance (MRI), což je diagnostická metoda, která pomáhá lékařům vidět dovnitř vašeho těla bez operace. „Kvantová fyzika umožňuje detailní obrazování tkání na atomární úrovni,“ vysvětluje MUDr. Karel Svoboda. Díky tomu můžeme diagnostikovat nemoci mnohem dříve a přesněji.

Zamysleli jste se někdy nad tím, proč nabíjení vašeho telefonu nebo elektromobilu trvá dlouho? Kvantové baterie, které se dnes intenzivně vyvíjejí, by mohly tuto dobu zkrátit na minuty. „Princip superpozice umožňuje nabíjet všechny části baterie současně,“ říká Dr. Elena Petrova z Univerzity v Cambridgi.

Kvantové počítače jsou revoluční díky své schopnosti provádět výpočty mnohem rychleji než klasické počítače. To má dopady na mnoho oblastí – od vývoje nových léků po optimalizaci dopravy. „Kvantový počítač dokáže během několika sekund vyřešit problém, který by běžnému počítači trval miliony let,“ dodává Dr. Michal Pešek z MIT.

Kvantová fyzika otevírá dveře do světa, který jsme si ještě nedávno nedokázali představit. Přesto je stále na začátku. Například kvantové internetové sítě, které budou neprolomitelné a extrémně rychlé, jsou již ve fázi testování.

Možná si teď říkáte: proč bych měl(a) rozumět kvantové fyzice, když ji prakticky nevidím? Pravda je, že právě díky ní máme technologie, které nám usnadňují život. A to je teprve začátek.