מומחים מאוניברסיטת בון הסבירו את העיקרון של הניסוי החדש באמצעות דוגמה פשוטה. נניח שאתה
טריק קטן עוזר לו בזה:בזמן שהמלצר מאיץ את צעדיו, הוא מטה מעט את המגש כדי שהשמפניה לא תישפך מהכוסות. באמצע הדרך לשולחן, הוא מטה אותו בכיוון ההפוך ומאט. רק כשזה מגיע לעצירה מוחלטת הוא מחזיק אותו שוב זקוף.
אטומים הם כמו שמפניה.אפשר לתאר אותם כגלים של חומר שלא מתנהגים כמו כדור ביליארד, אלא כמו נוזל. אז מי שרוצה להעביר אטומים ממקום אחד למקום מהר ככל האפשר צריך להיות מיומן כמו מלצר בערב ראש השנה. "ולמרות זאת יש הגבלת מהירות", מסבירה ד"ר אנדראה אלברטי, שהובילה את המחקר במכון לפיזיקה שימושית באוניברסיטת בון.
במחקר שלהם, מדענים בניסויגילה היכן בדיוק נמצא הגבול הזה. הם השתמשו באטום צזיום כתחליף לשמפניה ובשתי קרני לייזר שהונחו בצורה מושלמת על גבי אך מכוונות זו כנגד זו. סופרפוזיציה זו, שפיזיקאים מכנים הפרעה, יוצרת גל עומד של אור: בדומה לרצף של «הרים» ו«עמקים», שבתחילה לא זזים. "העמסנו אטום לאחד מהעמקים האלה, ואז התחלנו גל עומד - זה העביר את המיקום של העמק עצמו", מסביר אלברטי. "המטרה שלנו הייתה להעביר את האטום למקום הנכון בזמן הקצר ביותר, מבלי להתיז אותו מהעמק".
שיש מגבלה במיקרוקוסמוסמהירות, הודגמה תיאורטית על ידי שני פיזיקאים סובייטים, ליאוניד מנדלשטם ואיגור תמם, לפני יותר מ-60 שנה. הם הראו שהמהירות המרבית של תהליך קוונטי תלויה באי הוודאות האנרגטית. בעיקרו של דבר, זה תלוי עד כמה החלקיק הנשלט "חופשי" ביחס למצבי האנרגיה האפשריים שלו: ככל שיש לו יותר חופש אנרגטי, כך הוא מהיר יותר. במקרה של העברת אטומים, למשל, ככל ש"העמק" שבו כלוא אטום צסיום עמוק יותר, כך גדלה התפשטות האנרגיות של מצבים קוונטיים בעמק ובסופו של דבר, ניתן להעביר אותו מהר יותר. משהו דומה ניתן לראות בדוגמה של מלצר: אם הוא ממלא כוסות רק עד מחצית הדרך, יש פחות סיכוי שישפוך שמפניה כשהוא מאיץ ומאט. עם זאת, לא ניתן להגדיל את חופש האנרגיה של חלקיק באופן שרירותי. "איננו יכולים לעשות את «העמק שלנו» עמוק לאין שיעור - זה ייקח יותר מדי אנרגיה", מדגיש אלברטי.
מגבלת המהירות של מנדלשטם ותם -מגבלה מהותית. עם זאת, ניתן להשיג זאת רק בנסיבות מסוימות, כלומר במערכות עם שתי מצבים קוונטיים בלבד. "במקרה שלנו, למשל, זה קורה כאשר המקור והיעד קרובים מאוד אחד לשני", מסבירה הפיזיקאית האישה. "אז גלי החומר של האטום בשני המקומות חופפים, ואת האטום ניתן להעביר ישירות ליעדו במכה אחת, כלומר ללא עצירות ביניים."
עם זאת, המצב משתנה כאשר המרחקעולה לכמה עשרות ערכים של רוחב גל החומר, כמו בניסוי בון. טלפורטציה ישירה היא בלתי אפשרית במרחקים אלה. במקום זאת, החלקיק חייב לעבור בכמה מצבי ביניים על מנת להגיע ליעדו הסופי: המערכת הדו-מפלסית הופכת לרב-רמה. המחקר מראה כי הגבלת מהירות נמוכה יותר חלה על תהליכים כאלה משנבאו שני הפיזיקאים הסובייטים. העניין הוא שהיא נקבעת לא רק על ידי חוסר הוודאות של האנרגיה, אלא גם על ידי מספר מצבי הביניים. לפיכך, העבודה החדשה משפרת את ההבנה התיאורטית של תהליכים קוונטיים מורכבים ומגבלותיהם.
מסקנות הפיזיקאים חשובות לא פחות מכךמחשוב קוונטי. החישובים האפשריים במחשבים קוונטיים מבוססים בעיקר על מניפולציה של מערכות רב-מפלסיות. עם זאת, מצבים קוונטיים הם שבירים מאוד. הם נמשכים פרק זמן קצר בלבד - זמן הקוהרנטיות. המחקר החדש חושף את המספר המרבי של פעולות שמדענים יכולים לבצע במהלך זמן היישור. זה מאפשר להשתמש בו בצורה אופטימלית.
קרא גם
המפה המדויקת הראשונה של העולם נוצרה. מה רע בכולם?
מדענים תיעדו לראשונה כיצד כוכבי לכת נוצרים סביב כוכבים בעלי מסה נמוכה
התגלתה תרופה נגד הזדקנות שמסירה תאי הזדקנות