Des experts de l'Université de Bonn ont expliqué le principe de la nouvelle expérience à l'aide d'un exemple simple. Supposons que tu
Un petit truc l'aide à cela:tandis que le serveur accélère ses pas, il incline légèrement le plateau pour que le champagne ne s'écoule pas des verres. A mi-chemin de la table, il l'incline dans la direction opposée et ralentit. Ce n'est que lorsqu'il s'agit d'un arrêt complet qu'il le retient à nouveau.
Les atomes sont un peu comme le champagne.Ils peuvent être décrits comme des ondes de matière qui ne se comportent pas comme une boule de billard, mais comme un liquide. Donc, quiconque souhaite déplacer des atomes d'un endroit à un autre le plus rapidement possible doit être aussi habile qu'un serveur le soir du Nouvel An. «Et même ainsi, il y a une limite de vitesse», explique le Dr Andrea Alberti, qui a dirigé l'étude à l'Institut de physique appliquée de l'Université de Bonn.
Dans leur étude, les scientifiques ont expérimentalementdécouvert exactement où se trouve cette limite. Ils ont utilisé un atome de césium comme substitut du champagne et deux faisceaux laser parfaitement superposés mais dirigés l'un contre l'autre. Cette superposition, que les physiciens appellent interférence, crée une onde lumineuse stationnaire : semblable à une séquence de « montagnes » et « vallées », qui ne bougent pas au départ. "Nous avons chargé un atome dans l'une de ces vallées, puis avons mis en mouvement une onde stationnaire, ce qui a modifié la position de la vallée elle-même", explique Alberti. "Notre objectif était de livrer l'atome au bon endroit dans les plus brefs délais, sans le faire sortir de la "vallée"."
Qu'il y a une limitation dans le microcosmevitesse, a été théoriquement démontrée par deux physiciens soviétiques, Leonid Mandelstam et Igor Tamm, il y a plus de 60 ans. Ils ont montré que la vitesse maximale d’un processus quantique dépend de l’incertitude énergétique. Cela dépend essentiellement du degré de « liberté » de la particule contrôlée par rapport à ses états énergétiques possibles : plus elle a de liberté énergétique, plus elle est rapide. Dans le cas du transfert d’atomes, par exemple, plus la « vallée » dans laquelle un atome de césium est piégé est profonde, plus la propagation des énergies des états quantiques dans la vallée est grande et, en fin de compte, plus le transfert peut être rapide. Quelque chose de similaire peut être observé dans l'exemple d'un serveur : s'il ne remplit ses verres qu'à moitié, il risque moins de renverser du champagne lorsqu'il accélère et ralentit. Cependant, la liberté énergétique d’une particule ne peut pas être augmentée arbitrairement. « Nous ne pouvons pas faire en sorte que notre « vallée » soit une réalité. infiniment profond - cela demanderait trop d'énergie», souligne Alberti.
La limite de vitesse de Mandelstam et Tamm -limitation fondamentale. Cependant, cela ne peut être réalisé que dans certaines circonstances, à savoir, dans des systèmes avec seulement deux états quantiques. «Dans notre cas, par exemple, cela se produit lorsque l'origine et la destination sont très proches l'une de l'autre», explique la physicienne. "Ensuite, les ondes matérielles de l'atome aux deux endroits se chevauchent, et l'atome peut être livré directement à sa destination en une seule fois, c'est-à-dire sans aucun arrêt intermédiaire."
Cependant, la situation change lorsque la distanceaugmente à plusieurs dizaines de valeurs de la largeur de l'onde de matière, comme dans l'expérience de Bonn. La téléportation directe est impossible à ces distances. Au lieu de cela, la particule doit passer par plusieurs états intermédiaires pour atteindre sa destination finale: le système à deux niveaux devient multi-niveaux. L'étude montre qu'une limite de vitesse plus basse s'applique à de tels processus que ce que les deux physiciens soviétiques avaient prédit. Le fait est qu'il est déterminé non seulement par l'incertitude de l'énergie, mais aussi par le nombre d'états intermédiaires. Ainsi, le nouveau travail améliore la compréhension théorique des processus quantiques complexes et de leurs limites.
Les conclusions des physiciens sont importantes, notamment pourl'informatique quantique. Les calculs possibles avec les ordinateurs quantiques sont principalement basés sur la manipulation de systèmes multiniveaux. Cependant, les états quantiques sont très fragiles. Ils ne durent qu'une courte période de temps - le temps de cohérence. La nouvelle étude révèle le nombre maximum d'opérations que les scientifiques peuvent effectuer pendant le temps d'alignement. Cela lui permet d'être utilisé de manière optimale.
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