Especialistas da Universidade de Bonn explicaram o princípio do novo experimento usando um exemplo simples. Suponha que você
Um pequeno truque o ajuda nisso:enquanto o garçom acelera os passos, ele inclina ligeiramente a bandeja para que o champanhe não escorra das taças. No meio do caminho para a mesa, ele o inclina na direção oposta e diminui a velocidade. Somente quando chega a uma parada completa, ele o mantém na posição vertical novamente.
Os átomos são como champanhe.Eles podem ser descritos como ondas de matéria que não se comportam como uma bola de bilhar, mas como um líquido. Portanto, qualquer pessoa que queira mover átomos de um lugar para outro o mais rápido possível precisa ser tão hábil quanto um garçom na véspera do Ano Novo. “E mesmo assim há um limite de velocidade”, explica a Dra. Andrea Alberti, que conduziu o estudo no Instituto de Física Aplicada da Universidade de Bonn.
Em seu estudo, os cientistas experimentalmentedescobri exatamente onde está esse limite. Eles usaram um átomo de césio como substituto do champanhe e dois raios laser perfeitamente sobrepostos, mas direcionados um contra o outro. Essa superposição, que os físicos chamam de interferência, cria uma onda estacionária de luz: semelhante a uma sequência de «montanhas» e «vales», que inicialmente não se movem. “Carregamos um átomo em um desses vales e, em seguida, colocamos uma onda estacionária em movimento – isso mudou a posição do próprio vale”, explica Alberti. “Nosso objetivo era entregar o átomo ao lugar certo no menor tempo possível, sem espirrá-lo para fora do «vale».”
Que existe uma limitação no microcosmovelocidade, foi teoricamente demonstrada por dois físicos soviéticos, Leonid Mandelstam e Igor Tamm, há mais de 60 anos. Eles mostraram que a velocidade máxima de um processo quântico depende da incerteza energética. Essencialmente, depende de quão “livre” a partícula controlada é em relação aos seus possíveis estados de energia: quanto mais liberdade energética ela tiver, mais rápida ela será. No caso da transferência de átomos, por exemplo, quanto mais profundo for o “vale” em que um átomo de césio está preso, maior será a dispersão das energias dos estados quânticos no vale e, em última análise, mais rapidamente poderá ser transferido. Algo semelhante pode ser visto no exemplo de um garçom: se ele encher os copos apenas até a metade, é menos provável que derrame champanhe ao acelerar e desacelerar. No entanto, a liberdade energética de uma partícula não pode ser aumentada arbitrariamente. “Não podemos fazer com que o nosso «vale» infinitamente profundo - isso exigiria muita energia”, enfatiza Alberti.
O limite de velocidade de Mandelstam e Tamm -limitação fundamental. No entanto, isso pode ser alcançado apenas em certas circunstâncias, a saber, em sistemas com apenas dois estados quânticos. “No nosso caso, por exemplo, isso acontece quando a origem e o destino são muito próximos”, explica a física. "Então, as ondas materiais do átomo em ambos os lugares se sobrepõem, e o átomo pode ser entregue diretamente ao seu destino de uma vez, isto é, sem nenhuma parada intermediária."
No entanto, a situação muda quando a distânciaaumenta para várias dezenas de valores da largura da onda de matéria, como no experimento de Bonn. O teletransporte direto é impossível nessas distâncias. Em vez disso, a partícula deve passar por vários estados intermediários para chegar ao seu destino final: o sistema de dois níveis torna-se multinível. O estudo mostra que um limite de velocidade mais baixo se aplica a tais processos do que os dois físicos soviéticos previram. A questão é que ele é determinado não apenas pela incerteza da energia, mas também pelo número de estados intermediários. Assim, o novo trabalho melhora a compreensão teórica de processos quânticos complexos e suas limitações.
As conclusões dos físicos são importantes não menos paraComputação quântica. Os cálculos possíveis com computadores quânticos baseiam-se principalmente na manipulação de sistemas multiníveis. No entanto, os estados quânticos são muito frágeis. Eles duram apenas um curto período de tempo - o tempo de coerência. O novo estudo revela o número máximo de operações que os cientistas podem realizar durante o tempo de alinhamento. Isso permite que ele seja usado de forma otimizada.
Leia também
O primeiro mapa preciso do mundo foi criado. O que há de errado com todo mundo?
Os cientistas registraram pela primeira vez como os planetas se formam em torno de estrelas de baixa massa
Um medicamento anti-envelhecimento que remove células senescentes foi descoberto