Eksperter fra universitetet i Bonn forklarte prinsippet for det nye eksperimentet ved å bruke et enkelt eksempel. Tenk deg
Et lite triks hjelper ham i dette:mens kelneren fremskynder trinnene sine, vipper han skuffen litt slik at champagnen ikke heller ut av glassene. Halvveis til bordet vipper han det i motsatt retning og bremser. Først når det kommer til en fullstendig stopp, holder den det oppreist igjen.
Atomer er noe som champagne.De kan beskrives som materiebølger som ikke oppfører seg som en biljardkule, men som en væske. Så alle som vil flytte atomer fra et sted til et annet så raskt som mulig, må være så dyktige som en kelner på nyttårsaften. "Og allikevel er det fartsgrense," forklarer Dr. Andrea Alberti, som ledet studien ved Institute of Applied Physics ved University of Bonn.
I sin studie, forskere eksperimenteltfant ut nøyaktig hvor denne grensen går. De brukte et cesiumatom som en champagneerstatning og to laserstråler perfekt overlagret, men rettet mot hverandre. Denne superposisjonen, som fysikere kaller interferens, skaper en stående bølge av lys: lik en sekvens av «fjell» og «daler», som i utgangspunktet ikke beveger seg. "Vi lastet et atom inn i en av disse dalene, og satte deretter en stående bølge i bevegelse - dette endret posisjonen til selve dalen," forklarer Alberti. "Målet vårt var å levere atomet til rett sted på kortest mulig tid, uten å sprute det ut av «dalen»."
At det er en begrensning i mikrokosmoshastighet, ble teoretisk demonstrert av to sovjetiske fysikere, Leonid Mandelstam og Igor Tamm, for mer enn 60 år siden. De viste at den maksimale hastigheten til en kvanteprosess avhenger av energiusikkerheten. I hovedsak avhenger det av hvor "fri" den kontrollerte partikkelen er i forhold til dens mulige energitilstander: jo mer energifrihet den har, jo raskere er den. I tilfellet med atomoverføring, for eksempel, jo dypere "dalen" som et cesiumatom er fanget i, jo større er spredningen av energier fra kvantetilstander i dalen, og til slutt, jo raskere kan den overføres. Noe lignende kan sees i eksemplet med en kelner: hvis han fyller glass bare halvveis, er det mindre sannsynlig at han søler champagne når han setter farten opp og bremser. Imidlertid kan energifriheten til en partikkel ikke økes vilkårlig. «Vi kan ikke lage vår «dal» uendelig dyp - det ville tatt for mye energi, understreker Alberti.
Fartsgrensen til Mandelstam og Tamm -grunnleggende begrensning. Dette kan imidlertid bare oppnås under visse omstendigheter, nemlig i systemer med bare to kvantetilstander. "I vårt tilfelle skjer dette for eksempel når opprinnelsen og destinasjonen er veldig nær hverandre," forklarer kvinnefysikeren. "Da overlapper materialets bølger på begge steder, og atomet kan leveres direkte til destinasjonen på en gang, det vil si uten mellomliggende stopp."
Situasjonen endres imidlertid når avstandenøker til flere titalls verdier av bredden på materiebølgen, som i Bonn-eksperimentet. Direkte teleportering er umulig på disse avstandene. I stedet må partikkelen gå gjennom flere mellomtilstander for å nå sitt endelige mål: to-nivå-systemet blir flernivå. Studien viser at en lavere fartsgrense gjelder slike prosesser enn de to sovjetiske fysikerne forutsa. Poenget er at det bestemmes ikke bare av usikkerheten til energi, men også av antall mellomtilstander. Dermed forbedrer det nye arbeidet den teoretiske forståelsen av komplekse kvanteprosesser og deres begrensninger.
Fysikernes konklusjoner er viktige ikke minst forkvanteberegning. Beregningene som er mulige med kvantecomputere er hovedsakelig basert på manipulering av flernivåsystemer. Kvantetilstander er imidlertid veldig skjøre. De varer bare en kort periode - koherensens tid. Den nye studien avslører maksimalt antall operasjoner forskere kan utføre i løpet av justeringstiden. Dette gjør at den kan brukes optimalt.
Les også
Det første nøyaktige kartet over verden ble opprettet. Hva er galt med alle andre?
Forskere har registrert for første gang hvordan planeter dannes rundt stjerner med lav masse
En anti-aging medisin som fjerner senescent celler har blitt oppdaget