Bonnas universitātes eksperti jaunā eksperimenta principu skaidroja, izmantojot vienkāršu piemēru. Pieņemsim, ka jūs
Viņam šajā ziņā palīdz mazs triks:kamēr viesmīlis paātrina soļus, viņš nedaudz noliek paplāti tā, lai šampanietis neizlej no glāzēm. Pusceļā līdz galdam viņš to noliec pretējā virzienā un palēnina tempu. Tikai tad, kad runa ir par pilnīgu apstāšanos, tā atkal tur to vertikāli.
Atomi nedaudz atgādina šampanieti.Tos var raksturot kā matērijas viļņus, kas neuzvedas kā biljarda bumba, bet gan kā šķidrums. Tāpēc ikvienam, kurš vēlas pēc iespējas ātrāk pārvietot atomus no vienas vietas uz otru, ir jābūt tikpat izveicīgam kā viesmīlim Jaungada naktī. "Un pat tad pastāv ātruma ierobežojums," skaidro Dr Andrea Alberti, kurš vadīja pētījumu Bonnas universitātes Lietišķās fizikas institūtā.
Savā pētījumā zinātnieki eksperimentāliuzzināju, kur tieši ir šī robeža. Viņi izmantoja cēzija atomu kā šampanieša aizstājēju un divus lāzera starus, kas bija lieliski novietoti, bet vērsti viens pret otru. Šī superpozīcija, ko fiziķi sauc par traucējumiem, rada stāvošu gaismas vilni: līdzīgu «kalnu» un «ielejām», kas sākotnēji nekustas. "Mēs ielādējām atomu vienā no šīm ielejām un pēc tam iedarbinājām stāvošu vilni - tas mainīja pašas ielejas stāvokli," skaidro Alberti. "Mūsu mērķis bija pēc iespējas īsākā laikā nogādāt atomu pareizajā vietā, neizšļakstot to no "ielejas"."
Ka mikrokosmosā ir ierobežojumsātrumu, pirms vairāk nekā 60 gadiem teorētiski demonstrēja divi padomju fiziķi Leonīds Mandelštams un Igors Tamms. Viņi parādīja, ka kvantu procesa maksimālais ātrums ir atkarīgs no enerģijas nenoteiktības. Būtībā tas ir atkarīgs no tā, cik “brīva” ir kontrolētā daļiņa attiecībā pret tās iespējamajiem enerģijas stāvokļiem: jo lielāka tai ir enerģijas brīvība, jo ātrāka tā ir. Piemēram, atomu pārneses gadījumā, jo dziļāka ir “ieleja”, kurā ir iesprostots cēzija atoms, jo lielāka ir kvantu stāvokļu enerģijas izplatība ielejā un, galu galā, jo ātrāk to var pārnest. Kaut ko līdzīgu var redzēt arī viesmīļa piemērā: ja viņš piepilda glāzes tikai līdz pusei, tad, palielinot ātrumu un samazinot ātrumu, viņam ir mazāka iespēja izliet šampanieti. Tomēr daļiņas enerģijas brīvību nevar patvaļīgi palielināt. “Mēs nevaram izveidot savu «ieleju» bezgala dziļi – tas prasītu pārāk daudz enerģijas,” uzsver Alberti.
Ātruma ierobežojums Mandelstam un Tamm -fundamentāls ierobežojums. Tomēr to var panākt tikai noteiktos apstākļos, proti, sistēmās, kurās ir tikai divi kvantu stāvokļi. "Piemēram, mūsu gadījumā tas notiek, ja izcelsme un galamērķis ir ļoti tuvu viens otram," skaidro fiziķe. "Tad abos materiālos viļņu viļņi pārklājas, un atomu vienā piegājienā var nogādāt tieši galamērķī, tas ir, bez starpposma apstāšanās."
Tomēr situācija mainās, kad attālumspalielinās līdz vairākiem desmitiem matērijas viļņa platuma vērtību, tāpat kā Bonnas eksperimentā. Šajos attālumos nav iespējams veikt tiešu teleportāciju. Tā vietā daļiņai ir jāiet cauri vairākiem starpstāvokļiem, lai sasniegtu galamērķi: divu līmeņu sistēma kļūst par daudzlīmeņu. Pētījums rāda, ka uz šādiem procesiem attiecas mazāks ātruma ierobežojums, nekā prognozēja divi padomju fiziķi. Lieta ir tāda, ka to nosaka ne tikai enerģijas nenoteiktība, bet arī starpstāvokļu skaits. Tādējādi jaunais darbs uzlabo teorētisko izpratni par sarežģītiem kvantu procesiem un to ierobežojumiem.
Fiziku secinājumi ir svarīgi ne tikaikvantu skaitļošana. Aprēķini, kas ir iespējami ar kvantu datoriem, galvenokārt balstās uz manipulācijām ar daudzlīmeņu sistēmām. Tomēr kvantu stāvokļi ir ļoti trausli. Tie ilgst tikai īsu laika periodu - saskaņotības laiku. Jaunais pētījums atklāj maksimālo operāciju skaitu, ko zinātnieki var veikt izlīdzināšanas laikā. Tas ļauj to optimāli izmantot.
Lasīt arī
Tika izveidota pirmā precīzā pasaules karte. Kas vainas visiem pārējiem?
Zinātnieki pirmo reizi ir fiksējuši, kā ap mazas masas zvaigznēm veidojas planētas
Ir atklātas zāles pret novecošanos, kas noņem novecojošās šūnas