Експерти от университета в Бон обясниха принципа на новия експеримент с прост пример. Да предположим, че вие
В това му помага малък трик:докато сервитьорът ускорява стъпките си, той леко накланя тавата, за да не се излее шампанското от чашите. По средата на масата той го накланя в обратна посока и забавя. Само когато става въпрос за пълно спиране, той го държи отново изправен.
Атомите донякъде приличат на шампанско.Те могат да бъдат описани като материални вълни, които не се държат като билярдна топка, а като течност. Така че всеки, който иска да премести атоми от едно място на друго възможно най-бързо, трябва да бъде сръчен като сервитьор в навечерието на Нова година. „И въпреки това има ограничение на скоростта“, обяснява д-р Андреа Алберти, който ръководи изследването в Института по приложна физика към университета в Бон.
В своето изследване учените експериментиратразбра точно къде е тази граница. Те използваха цезиев атом като заместител на шампанското и два лазерни лъча, перфектно насложени, но насочени един срещу друг. Тази суперпозиция, която физиците наричат интерференция, създава стояща вълна от светлина: подобно на поредица от «планини» и «долини», които първоначално не се движат. „Заредихме атом в една от тези долини и след това задвижихме стояща вълна – това промени позицията на самата долина“, обяснява Алберти. „Нашата цел беше да доставим атома на правилното място за възможно най-кратко време, без да го изпръскаме от «долината».
Че има ограничение в микрокосмосаскорост, беше теоретично демонстрирано от двама съветски физици, Леонид Манделщам и Игор Там, преди повече от 60 години. Те показаха, че максималната скорост на квантовия процес зависи от енергийната несигурност. По същество зависи от това колко „свободна“ е контролираната частица по отношение на нейните възможни енергийни състояния: колкото повече енергия има, толкова по-бърза е. В случай на трансфер на атом, например, колкото по-дълбока е „долината“, в която е уловен цезиев атом, толкова по-голямо е разпространението на енергиите на квантовите състояния в долината и в крайна сметка толкова по-бързо може да бъде прехвърлено. Нещо подобно може да се види в примера на сервитьор: ако той пълни чаши само до половината, той е по-малко вероятно да разлее шампанско, когато ускорява и забавя. Въпреки това, енергийната свобода на една частица не може да бъде увеличена произволно. „Не можем да направим нашата «долина» безкрайно дълбоко – това би отнело твърде много енергия“, подчертава Алберти.
Ограничението на скоростта на Mandelstam и Tamm -основно ограничение. Това обаче може да бъде постигнато само при определени обстоятелства, а именно в системи само с две квантови състояния. „В нашия случай например това се случва, когато произходът и дестинацията са много близо един до друг“, обяснява жената физик. "Тогава материалните вълни на атома и на двете места се припокриват и атомът може да бъде доставен директно до местоназначението си с едно движение, т.е. без никакви междинни спирки."
Ситуацията обаче се променя, когато разстояниетосе увеличава до няколко десетки стойности на ширината на материалната вълна, както в експеримента в Бон. Директното телепортиране е невъзможно на тези разстояния. Вместо това частицата трябва да премине през няколко междинни състояния, за да достигне крайната си цел: двустепенната система става многостепенна. Проучването показва, че за такива процеси се прилага по-ниска граница на скоростта, отколкото двамата съветски физици прогнозираха. Въпросът е, че той се определя не само от несигурността на енергията, но и от броя на междинните състояния. По този начин новата работа подобрява теоретичното разбиране на сложните квантови процеси и техните ограничения.
Заключенията на физиците са важни не на последно място заквантови изчисления. Изчисленията, които са възможни с квантовите компютри, се основават главно на манипулирането на многостепенни системи. Квантовите състояния обаче са много крехки. Те продължават само кратък период от време - времето на съгласуваност. Новото проучване разкрива максималния брой операции, които учените могат да извършат по време на подравняването. Това позволява да се използва оптимално.
Прочетете също
Създадена е първата точна карта на света. Какво не е наред с всички останали?
Учените за първи път са записали как планетите се образуват около звездите с ниска маса
Открито е лекарство против стареене, което премахва застаряващите клетки