Bonos universiteto ekspertai naujojo eksperimento principą paaiškino paprastu pavyzdžiu. Tarkime, tu
Mažas triukas jam padeda:kol padavėjas pagreitina žingsnius, jis šiek tiek pakreipia padėklą, kad šampanas neišpiltų iš taurių. Pusiaukelėje prie stalo jis pakreipia jį priešinga kryptimi ir lėtina greitį. Tik visiškai sustojęs, jis vėl jį laiko vertikaliai.
Atomai yra šiek tiek panašūs į šampaną.Jas galima apibūdinti kaip materijos bangas, kurios elgiasi ne kaip biliardo kamuolys, o kaip skystis. Taigi kiekvienas, norintis kuo greičiau perkelti atomus iš vienos vietos į kitą, turi būti toks pat sumanus, kaip Naujųjų išvakarių padavėjas. "Ir net tokiu atveju yra leistinas greitis", - aiškina daktaras Andrea Alberti, vadovavęs tyrimui Bonos universiteto Taikomosios fizikos institute.
Savo tyrime mokslininkai eksperimentiškaitiksliai sužinojo, kur yra ši riba. Jie naudojo cezio atomą kaip šampano pakaitalą ir du puikiai išdėstytus, bet vienas prieš kitą nukreiptus lazerio spindulius. Ši superpozicija, kurią fizikai vadina interferencija, sukuria stovinčią šviesos bangą: panašią į «kalnų» ir «slėniai», kurie iš pradžių nejuda. „Į vieną iš šių slėnių įkėlėme atomą, o tada pajudėjome stovinčią bangą – tai pakeitė paties slėnio padėtį“, – aiškina Alberti. „Mūsų tikslas buvo pristatyti atomą į reikiamą vietą per trumpiausią įmanomą laiką, neištaškant jo iš slėnio.
Kad mikrokosmose yra apribojimasgreičiu, daugiau nei prieš 60 metų teoriškai įrodė du sovietų fizikai Leonidas Mandelštamas ir Igoris Tammas. Jie parodė, kad didžiausias kvantinio proceso greitis priklauso nuo energijos neapibrėžtumo. Iš esmės tai priklauso nuo to, kiek kontroliuojama dalelė yra „laisva“ jos galimų energetinių būsenų atžvilgiu: kuo daugiau energijos ji turi, tuo greitesnė. Pavyzdžiui, atomo perkėlimo atveju kuo gilesnis „slėnis“, kuriame įstrigęs cezio atomas, tuo didesnis kvantinių būsenų energijos plitimas slėnyje ir, galiausiai, tuo greičiau jis gali būti perkeltas. Kažką panašaus galima įžvelgti ir padavėjo pavyzdyje: jei jis stiklines pripildo tik iki pusės, tai rečiau išpils šampaną, kai įsibėgėja ir sulėtina greitį. Tačiau dalelės energijos laisvė negali būti savavališkai padidinta. „Mes negalime padaryti savo «slėnio» be galo gilus – tai pareikalautų per daug energijos“, – pabrėžia Alberti.
Mandelstam ir Tamm greičio apribojimas -esminis apribojimas. Tačiau tai galima pasiekti tik esant tam tikroms aplinkybėms, būtent sistemose, kuriose yra tik dvi kvantinės būsenos. "Pavyzdžiui, mūsų atveju tai atsitinka, kai kilmė ir paskirtis yra labai arti vienas kito", - paaiškina moteris fizikė. - Tada materialiosios atomo bangos abiejose vietose sutampa, ir atomą vienu ypu, tai yra be jokių tarpinių sustojimų, galima pristatyti tiesiai į paskirties vietą.
Tačiau situacija keičiasi, kai atstumaspadidėja iki kelių dešimčių materijos bangos pločio reikšmių, kaip tai daroma Bonos eksperimente. Tokiais atstumais neįmanoma tiesiogiai teleportuotis. Vietoj to, norint pasiekti galutinę paskirties vietą, dalelė turi pereiti kelias tarpines būsenas: dviejų lygių sistema tampa daugiapakopė. Tyrimas rodo, kad tokiems procesams taikomas mažesnis greičio apribojimas, nei prognozavo du sovietiniai fizikai. Esmė ta, kad ją lemia ne tik energijos neapibrėžtumas, bet ir tarpinių būsenų skaičius. Taigi naujasis darbas pagerina teorinį supratimą apie sudėtingus kvantinius procesus ir jų apribojimus.
Fizikų išvados yra svarbios ne mažiaukvantinis skaičiavimas. Kvantiniais kompiuteriais galimi skaičiavimai daugiausia pagrįsti manipuliavimu daugiapakopėmis sistemomis. Tačiau kvantinės būsenos yra labai trapios. Jie trunka tik trumpą laiką - darnos laiką. Naujas tyrimas atskleidžia maksimalų operacijų, kurias mokslininkai gali atlikti per derinimo laiką, skaičių. Tai leidžia jį naudoti optimaliai.
Taip pat skaitykite
Buvo sukurtas pirmasis tikslus pasaulio žemėlapis. Kas negerai visiems kitiems?
Mokslininkai pirmą kartą užfiksavo, kaip aplink mažos masės žvaigždes formuojasi planetos
Buvo atrastas vaistas nuo senėjimo, pašalinantis senstančias ląsteles