Bonnin yliopiston asiantuntijat selittivät uuden kokeen periaatteen yksinkertaisella esimerkillä. Oletetaan, että sinä
Pieni temppu auttaa häntä tässä:kun tarjoilija nopeuttaa askeleitaan, hän kallistaa tarjotinta hieman niin, että samppanja ei kaada lasista. Puolivälissä pöydään hän kallistaa sitä vastakkaiseen suuntaan ja hidastaa. Vasta kun se on täysin pysähtynyt, se pitää sitä jälleen pystyssä.
Atomit ovat jonkin verran samppanjaa muistuttavia.Niitä voidaan kuvata aineen aaltoina, jotka eivät käyttäydy kuten biljardipallo, mutta kuten neste. Joten jokaisen, joka haluaa siirtää atomeja paikasta toiseen mahdollisimman nopeasti, on oltava yhtä taitava kuin tarjoilija uudenvuodenaattona. "Siitä huolimatta nopeusrajoitus on olemassa", kertoo tohtori Andrea Alberti, joka johti tutkimusta Bonnin yliopiston soveltavan fysiikan instituutissa.
Tutkimuksessaan tutkijat kokeellisestiselvitti tarkalleen missä tämä raja on. He käyttivät cesiumatomia samppanjan korvikkeena ja kahta lasersädettä täydellisesti päällekkäin, mutta toisiaan vastaan. Tämä superpositio, jota fyysikot kutsuvat interferenssiksi, luo seisovan valon aallon: samankaltainen kuin vuoristosarja. ja «laaksot», jotka eivät aluksi liiku. "Latasimme atomin yhteen näistä laaksoista ja panimme sitten seisovan aallon liikkeelle - tämä muutti itse laakson sijaintia", Alberti selittää. "Tavoitteenamme oli toimittaa atomi oikeaan paikkaan mahdollisimman lyhyessä ajassa roiskumatta sitä ulos "laaksosta".
Että mikrokosmuksessa on rajoitusnopeuden, osoittivat teoriassa kaksi Neuvostoliiton fyysikkoa, Leonid Mandelstam ja Igor Tamm, yli 60 vuotta sitten. He osoittivat, että kvanttiprosessin maksiminopeus riippuu energian epävarmuudesta. Pohjimmiltaan se riippuu siitä, kuinka "vapaa" ohjattu hiukkanen on suhteessa mahdollisiin energiatiloihinsa: mitä enemmän sillä on energianvapautta, sitä nopeampi se on. Esimerkiksi atomin siirron tapauksessa mitä syvemmälle "laaksoon" cesiumatomi jää loukkuun, sitä enemmän kvanttitilojen energiat leviävät laaksossa ja viime kädessä sitä nopeammin se voidaan siirtää. Jotain vastaavaa voidaan nähdä tarjoilijan esimerkissä: jos hän täyttää lasit vain puoliväliin, hän ei todennäköisesti läikytä samppanjaa kiihtyessään ja hidastaessaan. Hiukkasen energiavapautta ei kuitenkaan voi lisätä mielivaltaisesti. "Emme voi tehdä «laaksoamme» äärettömän syvä – se vaatisi liikaa energiaa”, Alberti korostaa.
Nopeusrajoitus Mandelstam ja Tamm -perustavanlaatuinen rajoitus. Tämä voidaan kuitenkin saavuttaa vain tietyissä olosuhteissa, nimittäin järjestelmissä, joissa on vain kaksi kvanttitilaa. "Esimerkiksi meidän tapauksessamme tämä tapahtuu, kun lähtö ja määränpää ovat hyvin lähellä toisiaan", naisfyysikko selittää. "Sitten atomin aineelliset aallot molemmissa paikoissa menevät päällekkäin, ja atomi voidaan viedä suoraan määränpäähän yhdellä kertaa eli ilman välipysähdyksiä."
Tilanne kuitenkin muuttuu, kun etäisyysnousee useisiin kymmeniin aineen aallon leveyden arvoihin, kuten Bonnin kokeessa. Suora teleportointi on mahdotonta näillä etäisyyksillä. Sen sijaan hiukkasen on mentävä useiden välitilojen läpi päästäkseen lopulliseen määränpäähänsä: kaksitasoisesta järjestelmästä tulee monitasoinen. Tutkimus osoittaa, että tällaisiin prosesseihin sovelletaan alhaisempaa nopeusrajoitusta kuin kaksi Neuvostoliiton fyysikkoa ennustivat. Asia on, että sen määrää paitsi energian epävarmuus myös välitilojen määrä. Siten uusi työ parantaa teoreettista ymmärrystä monimutkaisista kvanttiprosesseista ja niiden rajoituksista.
Fyysikkojen johtopäätökset ovat tärkeitä etenkinkvanttilaskenta. Kvanttitietokoneilla mahdolliset laskelmat perustuvat pääasiassa monitasoisten järjestelmien manipulointiin. Kvanttitilat ovat kuitenkin hyvin hauraita. Ne kestävät vain lyhyen ajan - yhtenäisyyden ajan. Uusi tutkimus paljastaa tutkijoiden suorittamien toimintojen enimmäismäärän sakeusajan aikana. Tämän ansiosta sitä voidaan käyttää optimaalisesti.
Lue myös
Ensimmäinen tarkka maailmankartta luotiin. Mitä vikaa kaikilla muilla on?
Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa kirjaaneet, kuinka planeetat muodostuvat pienimassisten tähtien ympärille
Ikääntymistä estävä lääke, joka poistaa vanhenevat solut, on löydetty