Gli esperti dell'Università di Bonn hanno spiegato il principio del nuovo esperimento utilizzando un semplice esempio. Supponiamo che tu
Un piccolo trucco lo aiuta in questo:mentre il cameriere accelera i suoi passi, inclina leggermente il vassoio in modo che lo champagne non fuoriesca dai bicchieri. A metà strada verso il tavolo, lo inclina nella direzione opposta e rallenta. Solo quando si ferma completamente, lo tiene di nuovo in posizione verticale.
Gli atomi sono un po 'come lo champagne.Possono essere descritte come onde di materia che non si comportano come una palla da biliardo, ma come un liquido. Quindi chiunque desideri spostare gli atomi da un luogo all'altro il più rapidamente possibile deve essere abile come un cameriere a Capodanno. "E anche così c'è un limite di velocità", spiega il dottor Andrea Alberti, che ha condotto lo studio presso l'Istituto di fisica applicata dell'Università di Bonn.
Nel loro studio, gli scienziati hanno sperimentato sperimentalmentescoperto esattamente dove si trova questo limite. Hanno utilizzato un atomo di cesio come sostituto dello champagne e due raggi laser perfettamente sovrapposti ma diretti l'uno contro l'altro. Questa sovrapposizione, che i fisici chiamano interferenza, crea un'onda stazionaria di luce: simile ad una sequenza di «montagne» e "valli", che inizialmente non si muovono. "Abbiamo caricato un atomo in una di queste valli e poi abbiamo messo in moto un'onda stazionaria, che ha spostato la posizione della valle stessa", spiega Alberti. “Il nostro obiettivo era portare l’atomo nel posto giusto nel più breve tempo possibile, senza spargerlo fuori dalla “valle””.
Che c'è una limitazione nel microcosmovelocità, fu teoricamente dimostrata da due fisici sovietici, Leonid Mandelstam e Igor Tamm, più di 60 anni fa. Hanno dimostrato che la velocità massima di un processo quantistico dipende dall’incertezza energetica. Dipende essenzialmente da quanto è “libera” la particella controllata rispetto ai suoi possibili stati energetici: maggiore è la libertà energetica, più è veloce. Nel caso del trasferimento di atomi, ad esempio, più profonda è la “valle” in cui è intrappolato un atomo di cesio, maggiore è la diffusione delle energie degli stati quantistici nella valle e, in definitiva, più velocemente può essere trasferito. Qualcosa di simile si può vedere nell'esempio di un cameriere: se riempie i bicchieri solo a metà, è meno probabile che rovesci lo champagne quando accelera e quando rallenta. Tuttavia, la libertà energetica di una particella non può essere aumentata arbitrariamente. “Non possiamo rendere la nostra «valle» infinitamente profondo: ciò richiederebbe troppa energia”, sottolinea Alberti.
Il limite di velocità di Mandelstam e Tamm -limitazione fondamentale. Tuttavia, questo può essere ottenuto solo in determinate circostanze, vale a dire, in sistemi con solo due stati quantistici. "Nel nostro caso, ad esempio, ciò accade quando l'origine e la destinazione sono molto vicine tra loro", spiega la fisica donna. "Quindi le onde materiali dell'atomo in entrambi i punti si sovrappongono e l'atomo può essere consegnato direttamente a destinazione in una volta sola, cioè senza fermate intermedie."
Tuttavia, la situazione cambia quando la distanzaaumenta a diverse decine di valori della larghezza dell'onda di materia, come nell'esperimento di Bonn. Il teletrasporto diretto è impossibile a queste distanze. Invece, la particella deve attraversare diversi stati intermedi per raggiungere la sua destinazione finale: il sistema a due livelli diventa multi-livello. Lo studio mostra che a tali processi si applica un limite di velocità inferiore a quello previsto dai due fisici sovietici. Il punto è che è determinato non solo dall'incertezza dell'energia, ma anche dal numero di stati intermedi. Pertanto, il nuovo lavoro migliora la comprensione teorica dei processi quantistici complessi e dei loro limiti.
Le conclusioni dei fisici sono importanti non da ultimo perinformatica quantistica. I calcoli possibili con i computer quantistici si basano principalmente sulla manipolazione di sistemi multilivello. Tuttavia, gli stati quantistici sono molto fragili. Durano solo un breve periodo di tempo: il tempo della coerenza. Il nuovo studio rivela il numero massimo di operazioni che gli scienziati possono eseguire durante il tempo di allineamento. Ciò consente di utilizzarlo in modo ottimale.
Leggi anche
È stata creata la prima mappa accurata del mondo. Cosa c'è di sbagliato in tutti gli altri?
Gli scienziati hanno registrato per la prima volta come si formano i pianeti attorno a stelle di piccola massa
È stato scoperto un farmaco antietà che rimuove le cellule senescenti