ボン大学の専門家は、簡単な例を用いて新しい実験の原理を説明した。仮にあなたが
ちょっとしたトリックが彼を助けます：ウェイターがステップをスピードアップしている間、シャンパンがグラスから流れ出ないようにトレイを少し傾けます。テーブルの途中で、彼はそれを反対方向に傾け、速度を落とします。完全に停止した場合にのみ、再び直立した状態になります。
原子はシャンパンのようなものです。それらは、ビリヤードボールのように振る舞うのではなく、液体のように振る舞う物質の波として説明することができます。したがって、原子をある場所から別の場所にできるだけ早く移動したい人は、大晦日のウェイターと同じくらい熟練している必要があります。 「それでも速度制限があります」とボン大学の応用物理学研究所で研究を主導したアンドレア・アルベルティ博士は説明します。
彼らの研究では、科学者たちは実験的にこの限界がどこにあるのかを正確に発見しました。彼らはセシウム原子をシャンパンの代替品として使用し、2つのレーザービームを完全に重ね合わせながら互いに向けて照射しました。物理学者が干渉と呼ぶこの重ね合わせは、一連の「山」に似た光の定常波を作成します。そして「谷」は最初は動きません。 「これらの谷の 1 つに原子をロードし、定常波を動かしました。これにより谷自体の位置が変化しました」とアルベルティ氏は説明します。 「私たちの目標は、原子を『谷』から飛び散らせることなく、可能な限り短い時間で適切な場所に届けることでした。」
小宇宙には限界があるということこの速度は、60 年以上前に、2 人のソ連の物理学者、レオニード・マンデルシュタムとイーゴリ・タムによって理論的に実証されました。彼らは、量子プロセスの最大速度がエネルギーの不確実性に依存することを示しました。基本的に、それは制御された粒子がその可能なエネルギー状態に対してどれだけ「自由」であるかによって決まります。エネルギーの自由度が高いほど、速度は速くなります。たとえば原子移動の場合、セシウム原子が閉じ込められている「谷」が深いほど、谷内の量子状態のエネルギーの広がりが大きくなり、最終的にはより速く移動できるようになります。同様のことがウェイターの例にも見られます。グラスに半分しか注がない場合、スピードを上げたり下げたりしたときにシャンパンをこぼす可能性は低くなります。ただし、粒子のエネルギー自由度を任意に増やすことはできません。 「私たちは自分たちの「谷」を変えることはできません。無限に深くなると、エネルギーがかかりすぎます」とアルベルティ氏は強調する。
マンデリシュムとタムの制限速度-基本的な制限。ただし、これは特定の状況下、つまり2つの量子状態しかないシステムでのみ達成できます。 「私たちの場合、たとえば、これは出発地と目的地が互いに非常に近いときに起こります」と女性の物理学者は説明します。 「そうすると、両方の場所の原子の物質波が重なり、原子は一度に目的地に直接、つまり中間停止なしで配信できます。」
ただし、距離が離れると状況が変わりますボンの実験のように、物質波の幅の数十の値に増加します。これらの距離では直接テレポートは不可能です。代わりに、パーティクルは最終目的地に到達するためにいくつかの中間状態を通過する必要があります。2レベルシステムはマルチレベルになります。この研究は、2人のソビエト物理学者が予測したよりも低い速度制限がそのようなプロセスに適用されることを示しています。重要なのは、それはエネルギーの不確実性だけでなく、中間状態の数によっても決定されるということです。したがって、新しい作業は、複雑な量子プロセスとその限界の理論的理解を向上させます。
物理学者の結論は特に重要です量子コンピューティング。量子コンピューターで可能な計算は、主にマルチレベルシステムの操作に基づいています。しかし、量子状態は非常に壊れやすいものです。それらは短期間しか持続しません-一貫性の時間。新しい研究は、科学者が調整時間中に実行できる操作の最大数を明らかにしています。これにより、最適に使用できます。
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