Eksperci z Uniwersytetu w Bonn wyjaśnili zasadę nowego eksperymentu na prostym przykładzie. Załóżmy, że ty
Pomaga mu w tym mała sztuczka:podczas gdy kelner przyspiesza kroki, przechyla lekko tacę, żeby szampan nie wylewał się z kieliszków. W połowie drogi do stołu przechyla go w przeciwnym kierunku i zwalnia. Dopiero gdy dochodzi do całkowitego zatrzymania, utrzymuje go ponownie w pozycji pionowej.
Atomy są trochę jak szampan.Można je opisać jako fale materii, które nie zachowują się jak kula bilardowa, ale jak ciecz. Dlatego każdy, kto chce przenieść atomy z jednego miejsca do drugiego tak szybko, jak to możliwe, musi być tak zręczny jak kelner w Sylwestra. „A mimo to istnieje ograniczenie prędkości”, wyjaśnia dr Andrea Alberti, która kierowała badaniami w Instytucie Fizyki Stosowanej na Uniwersytecie w Bonn.
W swoich badaniach naukowcy eksperymentalniedowiedziałem się, gdzie dokładnie znajduje się ta granica. Jako substytut szampana wykorzystali atom cezu i dwie wiązki laserowe idealnie nałożone, ale skierowane przeciwko sobie. Ta superpozycja, którą fizycy nazywają interferencją, tworzy stojącą falę światła: podobną do ciągu „gór”. i „doliny”, które początkowo się nie poruszają. „Załadowaliśmy atom do jednej z tych dolin, a następnie wprawiliśmy w ruch falę stojącą, co zmieniło położenie samej doliny” – wyjaśnia Alberti. „Naszym celem było dostarczenie atomu we właściwe miejsce w jak najkrótszym czasie, bez wyrzucania go z „doliny””.
Że istnieją ograniczenia w mikrokosmosieprędkość, teoretycznie zademonstrowali dwaj radzieccy fizycy, Leonid Mandelstam i Igor Tamm, ponad 60 lat temu. Pokazali, że maksymalna prędkość procesu kwantowego zależy od niepewności energetycznej. Zasadniczo zależy to od tego, jak „swobodna” jest kontrolowana cząstka w stosunku do jej możliwych stanów energetycznych: im większą ma swobodę energetyczną, tym jest szybsza. W przypadku transferu atomu, na przykład, im głębsza „dolina”, w której uwięziony jest atom cezu, tym większe jest rozproszenie energii stanów kwantowych w dolinie i ostatecznie, tym szybciej można go przenieść. Coś podobnego widać na przykładzie kelnera: jeśli napełni kieliszki tylko do połowy, jest mniejsze prawdopodobieństwo, że rozleje szampana przy przyspieszaniu i zwalnianiu. Jednak swobody energetycznej cząstki nie można dowolnie zwiększać. „Nie możemy stworzyć naszej „doliny” nieskończenie głęboko – to wymagałoby zbyt wiele energii – podkreśla Alberti.
Ograniczenie prędkości Mandelstam i Tamm -podstawowe ograniczenie. Jednak można to osiągnąć tylko w określonych okolicznościach, a mianowicie w układach z tylko dwoma stanami kwantowymi. „Na przykład w naszym przypadku dzieje się tak, gdy miejsce pochodzenia i przeznaczenie są bardzo blisko siebie” - wyjaśnia fizyk. „Wtedy materialne fale atomu w obu miejscach nakładają się na siebie i atom może być dostarczony bezpośrednio do miejsca przeznaczenia za jednym razem, to znaczy bez żadnych pośrednich przystanków”.
Jednak sytuacja zmienia się, gdy odległośćwzrasta do kilkudziesięciu wartości szerokości fali materii, jak w eksperymencie z Bonn. Na takie odległości bezpośrednia teleportacja jest niemożliwa. Zamiast tego, cząstka musi przejść przez kilka stanów pośrednich, aby dotrzeć do ostatecznego celu: system dwupoziomowy staje się wielopoziomowy. Z badania wynika, że w takich procesach obowiązuje niższy limit prędkości, niż przewidywali dwaj sowieccy fizycy. Chodzi o to, że determinuje ją nie tylko niepewność energii, ale także liczba stanów pośrednich. W ten sposób nowa praca poprawia teoretyczne zrozumienie złożonych procesów kwantowych i ich ograniczeń.
Wnioski fizyków są ważne nie tylko dlaobliczenia kwantowe. Obliczenia, które są możliwe na komputerach kwantowych, opierają się głównie na manipulacji systemami wielopoziomowymi. Jednak stany kwantowe są bardzo delikatne. Trwają tylko przez krótki okres czasu - czas koherencji. Nowe badanie ujawnia maksymalną liczbę operacji, które naukowcy mogą wykonać w czasie wyrównania. Pozwala to na optymalne wykorzystanie.
Czytaj także
Powstała pierwsza dokładna mapa świata. Co jest nie tak ze wszystkimi innymi?
Naukowcy po raz pierwszy zarejestrowali, jak powstają planety wokół gwiazd o małej masie
Odkryto lek przeciwstarzeniowy, który usuwa starzejące się komórki