Experts van de Universiteit van Bonn legden het principe van het nieuwe experiment uit met een eenvoudig voorbeeld.Stel dat je
Een kleine truc helpt hem hierbij:terwijl de ober zijn treden versnelt, kantelt hij het blad een beetje zodat de champagne niet uit de glazen stroomt. Halverwege de tafel kantelt hij hem in de tegenovergestelde richting en remt hij af. Pas als hij volledig tot stilstand is gekomen, houdt hij hem weer rechtop.
Atomen lijken een beetje op champagne.Ze kunnen worden omschreven als golven van materie die zich niet gedragen als een biljartbal, maar als een vloeistof. Dus iedereen die atomen zo snel mogelijk van de ene plaats naar de andere wil verplaatsen, moet zo bekwaam zijn als een ober op oudejaarsavond. "En toch is er een maximumsnelheid", legt dr. Andrea Alberti uit, die de studie leidde aan het Instituut voor Toegepaste Fysica van de Universiteit van Bonn.
In hun studie ontdekten de wetenschappers experimenteel waar dit precies wasZe gebruikten een cesiumatoom als vervanging voor champagne en twee laserstralen die perfect op elkaar waren geplaatst, maar tegen elkaar waren gericht.Deze superpositie, die natuurkundigen interferentie noemen, creëert een staande golf van licht: als een opeenvolging van 'bergen' en 'valleien' die aanvankelijk niet bewegen."We laadden een atoom in een van deze valleien, en toen zetten we een staande golf in beweging, die de positie van de vallei zelf verschoof," legt hij uit"Ons doel was om het atoom in de kortst mogelijke tijd op de juiste plaats te krijgen, zonder het uit de vallei te morsen."
Dat er een snelheidslimiet is in de microkosmos is al meer dan 60 jaar theoretisch aangetoond door twee Sovjet-natuurkundigen, Leonid Mandelstam en Igor TammZe toonden aan dat de maximale snelheid van een kwantumproces afhangt van de maximale snelheid van het kwantumproces.In wezen hangt het af van hoe "vrij" het gecontroleerde deeltje is in relatie tot zijn mogelijke energietoestanden: hoe meer energievrijheid het heeft, hoe sneller het is.In het geval van atomaire overdracht, bijvoorbeeld, hoe dieper de "vallei" waarin het cesiumatoom gevangen zit, hoe groter de verspreiding van de energieën van de kwantumtoestanden in de vallei en, uiteindelijk, hoe sneller het kanIets soortgelijks is te zien in het voorbeeld van een ober: als hij vultglazen slechts halverwege, het is minder waarschijnlijk dat er champagne wordt gemorst bij het accelereren en vertragen.De energievrijheid van een deeltje kan echter niet willekeurig worden vergroot. We kunnen onze 'vallei' niet oneindig diep maken – dat zou te veel energie kosten", benadrukt hijAlberti.
De maximumsnelheid van Mandelstam en Tamm -fundamentele beperking. Dit kan echter alleen onder bepaalde omstandigheden worden bereikt, namelijk in systemen met slechts twee kwantumtoestanden. “In ons geval gebeurt dit bijvoorbeeld wanneer de herkomst en de bestemming heel dicht bij elkaar liggen”, legt de vrouwelijke natuurkundige uit. "Dan overlappen de materiële golven van het atoom op beide plaatsen elkaar, en kan het atoom in één keer direct op zijn bestemming worden afgeleverd, dus zonder tussenstops."
De situatie verandert echter wanneer de afstandneemt toe tot enkele tientallen waarden van de breedte van de materiegolf, zoals in het Bonn-experiment. Directe teleportatie is op deze afstanden onmogelijk. In plaats daarvan moet het deeltje verschillende tussenliggende toestanden doorlopen om zijn eindbestemming te bereiken: het systeem met twee niveaus wordt meervoudig. De studie toont aan dat voor dergelijke processen een lagere snelheidslimiet geldt dan de twee Sovjetfysici voorspelden. Het punt is dat het niet alleen wordt bepaald door de onzekerheid van energie, maar ook door het aantal tussenliggende toestanden. Het nieuwe werk verbetert dus het theoretische begrip van complexe kwantumprocessen en hun beperkingen.
De conclusies van natuurkundigen zijn niet in de laatste plaats belangrijk voorkwantumcomputers. De berekeningen die mogelijk zijn met kwantumcomputers zijn voornamelijk gebaseerd op de manipulatie van systemen met meerdere niveaus. Kwantumtoestanden zijn echter erg kwetsbaar. Ze duren slechts een korte periode - de tijd van samenhang. De nieuwe studie onthult het maximale aantal operaties dat wetenschappers kunnen uitvoeren tijdens de uitlijntijd. Hierdoor kan het optimaal worden gebruikt.
Lees ook
De eerste nauwkeurige kaart van de wereld is gemaakt. Wat is er mis met de rest?
Wetenschappers hebben voor het eerst vastgelegd hoe planeten zich vormen rond sterren met een lage massa
Er is een anti-verouderingsmedicijn ontdekt dat verouderde cellen verwijdert