Eksperter fra universitetet i Bonn forklarede princippet i det nye eksperiment ved hjælp af et simpelt eksempel. Antag dig
Et lille trick hjælper ham med dette:mens tjeneren fremskynder trinnene, vipper han bakken let, så champagnen ikke hælder ud af glassene. Halvvejs til bordet vipper han det i den modsatte retning og sænker farten. Først når det kommer til et fuldstændigt stop, holder det det lodret igen.
Atomer er noget som champagne.De kan beskrives som bølger af stof, der ikke opfører sig som en billardkugle, men som en væske. Så enhver, der ønsker at flytte atomer fra et sted til et andet så hurtigt som muligt, skal være så dygtig som en tjener på nytårsaften. ”Og alligevel er der en hastighedsbegrænsning,” forklarer Dr. Andrea Alberti, som ledede undersøgelsen ved Institut for Anvendt Fysik ved Universitetet i Bonn.
I deres undersøgelse forsøgte forskerefandt ud af præcis, hvor denne grænse er. De brugte et cæsiumatom som champagneerstatning og to laserstråler perfekt overlejret, men rettet mod hinanden. Denne superposition, som fysikere kalder interferens, skaber en stående bølge af lys: svarende til en sekvens af «bjerge» og «dale», som i første omgang ikke flytter sig. "Vi læssede et atom ind i en af disse dale og satte derefter en stående bølge i gang - dette ændrede selve dalens position," forklarer Alberti. "Vores mål var at levere atomet til det rigtige sted på kortest mulig tid uden at sprøjte det ud af «dalen»."
At der er en begrænsning i mikrokosmosspeed, blev teoretisk demonstreret af to sovjetiske fysikere, Leonid Mandelstam og Igor Tamm, for mere end 60 år siden. De viste, at den maksimale hastighed af en kvanteproces afhænger af energiusikkerheden. I bund og grund afhænger det af, hvor "fri" den kontrollerede partikel er i forhold til dens mulige energitilstande: Jo mere energifrihed den har, jo hurtigere er den. I tilfælde af atomoverførsel, for eksempel, jo dybere "dalen", hvori et cæsiumatom er fanget, jo større er spredningen af energier fra kvantetilstande i dalen og i sidste ende, jo hurtigere kan den overføres. Noget lignende kan ses i eksemplet med en tjener: Hvis han kun fylder glas halvvejs, er der mindre sandsynlighed for, at han spilder champagne, når han sætter farten op og sætter farten ned. En partikels energifrihed kan dog ikke øges vilkårligt. “Vi kan ikke lave vores «dal» uendeligt dybt - det ville tage for meget energi,” understreger Alberti.
Hastighedsgrænsen for Mandelstam og Tamm -grundlæggende begrænsning. Dette kan dog kun opnås under visse omstændigheder, nemlig i systemer med kun to kvantetilstande. ”I vores tilfælde sker det for eksempel, når oprindelsen og destinationen er meget tæt på hinanden,” forklarer kvindefysikeren. "Derefter overlapper materialets bølger på begge steder, og atomet kan leveres direkte til dets destination på én gang, det vil sige uden mellemliggende stop."
Situationen ændres imidlertid, når afstandenstiger til flere snesevis af værdier af stofbølgen, som i Bonn-eksperimentet. Direkte teleportering er umulig på disse afstande. I stedet for skal partiklen gå gennem flere mellemtilstande for at nå sin endelige destination: system med to niveauer bliver multi-niveau. Undersøgelsen viser, at en lavere hastighedsgrænse gælder for sådanne processer, end de to sovjetiske fysikere forudsagde. Pointen er, at den bestemmes ikke kun af usikkerheden ved energi, men også af antallet af mellemtilstande. Således forbedrer det nye arbejde den teoretiske forståelse af komplekse kvanteprocesser og deres begrænsninger.
Fysikernes konklusioner er vigtige ikke mindst forkvanteberegning. Beregningerne, der er mulige med kvantecomputere, er hovedsageligt baseret på manipulation af flerniveausystemer. Kvantetilstande er imidlertid meget skrøbelige. De varer kun en kort periode - sammenhængstidspunktet. Den nye undersøgelse afslører det maksimale antal operationer, som forskere kan udføre i løbet af konsistens-tiden. Dette gør det muligt at bruge det optimalt.
Læs også
Det første nøjagtige kort over verden blev oprettet. Hvad er der galt med alle andre?
Forskere har for første gang registreret, hvordan planeter dannes omkring stjerner med lav masse
En anti-aging medicin, der fjerner senescent celler er blevet opdaget