Odborníci z univerzity v Bonnu vysvětlili princip nového experimentu na jednoduchém příkladu.Předpokládejme, že
V tom mu pomáhá malý trik:zatímco číšník zrychluje kroky, mírně nakloní tác, aby šampaňské nevylévalo z brýlí. V polovině stolu jej nakloní opačným směrem a zpomalí. Pouze pokud dojde k úplnému zastavení, přidržuje jej znovu ve vzpřímené poloze.
Atomy jsou něco jako šampaňské.Lze je popsat jako vlny hmoty, které se nechovají jako kulečníková koule, ale jako kapalina. Takže každý, kdo chce co nejrychleji přemístit atomy z jednoho místa na druhé, musí být na Silvestra stejně zručný jako číšník. "A přesto existuje rychlostní limit," vysvětluje Dr. Andrea Alberti, která vedla studii na Ústavu aplikované fyziky na univerzitě v Bonnu.
Ve své studii vědci experimentálně zjistili, kde přesněPoužili atom cesia jako náhradu za šampaňské a dva laserové paprsky, které se dokonale překrývaly jeden s druhým, ale namířily se proti sobě.Tato superpozice, kterou fyzici nazývají interference, vytváří stojatou světelnou vlnu: jako sled "hor" a "údolí", které se zpočátku nepohybují."Do jednoho z těchto údolí jsme vložili atom a pak jsme uvedli do pohybu stojatou vlnu, která změnila polohu samotného údolí," vysvětluje"Naším cílem bylo dostat atom na správné místo v co nejkratším čase, aniž by se vylil z údolí."
To, že v mikrokosmu existuje rychlostní limit, teoreticky demonstrovali dva sovětští fyzici, Leonid Mandelštam a Igor Tamm, více než 60 letUkázali, že maximální rychlost kvantového procesu závisí na maximální rychlosti kvantového procesu.V podstatě záleží na tom, jak "volná" je řízená částice ve vztahu k jejím možným energetickým stavům: čím větší má energetickou svobodu, tím je rychlejší.Například v případě přenosu atomů platí, že čím hlubší je "údolí", ve kterém je atom cesia uvězněn, tím větší je rozptyl energií kvantových stavů v údolí a v konečném důsledku tím rychleji můžeNěco podobného lze vidět na příkladu číšníka: pokud naplnísklenice jen do poloviny, je méně pravděpodobné, že při zrychlování a zpomalování rozlije šampaňské.Energetickou svobodu částice však nelze libovolně zvětšovat. Nemůžeme udělat naše 'údolí' nekonečně hluboké – to by vyžadovalo příliš mnoho energie," zdůrazňujeAlberti.
Rychlostní limit Mandelstam a Tamm -základní omezení. Toho však lze dosáhnout pouze za určitých okolností, konkrétně v systémech pouze se dvěma kvantovými stavy. "Například v našem případě k tomu dochází, když jsou počátek a cíl velmi blízko u sebe," vysvětluje ženská fyzička. „Pak se materiálové vlny atomu na obou místech překrývají a atom může být doručen přímo do cíle jedním tahem, to znamená bez jakýchkoli mezizastávek.“
Situace se však změní, když vzdálenostse zvyšuje na několik desítek hodnot šířky vlny hmoty, jako v bonnském experimentu. Přímá teleportace je na tyto vzdálenosti nemožná. Místo toho musí částice projít několika přechodnými stavy, aby dosáhla svého konečného cíle: dvouúrovňový systém se stává víceúrovňovým. Studie ukazuje, že pro tyto procesy platí nižší rychlostní limit, než předpovídali dva sovětští fyzici. Jde o to, že je určena nejen nejistotou energie, ale také počtem mezilehlých stavů. Nová práce tak zlepšuje teoretické porozumění složitým kvantovým procesům a jejich omezením.
Závěry fyziků jsou v neposlední řadě důležitékvantové výpočty. Výpočty, které jsou možné u kvantových počítačů, jsou založeny hlavně na manipulaci s víceúrovňovými systémy. Kvantové stavy jsou však velmi křehké. Trvají jen krátkou dobu - čas soudržnosti. Nová studie odhaluje maximální počet operací, které mohou vědci během doby konzistence provádět. To umožňuje jeho optimální využití.
Přečtěte si také
Byla vytvořena první přesná mapa světa. Co se děje s ostatními?
Vědci poprvé zaznamenali, jak se kolem hvězd s nízkou hmotností formují planety
Byl objeven lék proti stárnutí, který odstraňuje stárnoucí buňky