Експерти Бонського університету пояснили принцип нового експерименту на простому прикладі. Припустимо, ви
У цьому йому допомагає невелика хитрість:поки офіціант прискорює кроки, він трохи нахиляє піднос, щоб шампанське не вилилося з келихів. На півдорозі до столу він нахиляє його в протилежну сторону і уповільнює хід. Тільки коли він повністю зупиниться, він знову тримає його у вертикальному положенні.
Атоми чимось схожі на шампанське.Їх можна описати як хвилі матерії, які ведуть себе не як більярдна куля, а як рідина. Таким чином, будь-який, хто хоче перенести атоми з одного місця в інше як можна швидше, повинен бути таким же майстерним, як офіціант в переддень Нового року. «І навіть в цьому випадку існує обмеження швидкості», - пояснює доктор Андреа Альберті, яка очолювала це дослідження в Інституті прикладної фізики Боннського університету.
У своєму дослідженні вчені експериментальноз'ясували, де саме знаходиться ця межа. Вони використовували атом цезію як замінник шампанського і два лазерні промені, ідеально накладені один на одного, але спрямовані один проти одного. Ця суперпозиція, яку фізики називають інтерференцією, створює стоячу світлову хвилю: схоже на послідовність "гор". і "долин", які спочатку не рухаються. «Ми завантажили атом в одну з цих долин, а потім почали рухати стоячу хвилю — це змістило положення самої долини, — пояснює Альберті. — Наша мета полягала в тому, щоб доставити атом у потрібне місце в найкоротші терміни, не виплескуючи його з «долини»».
Те, що в мікросвіті існує обмеженняшвидкості, було теоретично продемонстровано двома радянськими фізиками, Леонідом Мандельштамом та Ігорем Таммом понад 60 років тому. Вони показали, що максимальна швидкість квантового процесу залежить від невизначеності енергії. По суті, від того, наскільки «вільна» керована частка щодо її можливих енергетичних станів: чим більше у неї енергетичної свободи, тим швидше. У разі перенесення атома, наприклад, чим глибше "долина", в якій захоплений атом цезію, тим більше розкид енергій квантових станів у долині і, зрештою, тим швидше він може переноситися. Щось подібне можна побачити на прикладі офіціанта: якщо він наповнює склянки лише наполовину, він менше ризикує пролити шампанське під час прискорення та уповільнення. Однак енергетична свобода частки не може бути збільшена довільно. «Ми не можемо зробити нашу «долину». нескінченно глибокої — на це пішло надто багато енергії», — наголошує Альберті.
Обмеження швидкості Мандельштама і Тамма -принципове обмеження. Однак досягти цього можна лише за певних обставин, а саме в системах тільки з двома квантовими станами. «У нашому випадку, наприклад, це відбувається, коли пункт відправлення і пункт призначення дуже близькі один до одного, - пояснює жінка-фізик. - Тоді матеріальні хвилі атома в обох місцях перекриваються, і атом може бути доставлений прямо до місця призначення за один раз, тобто без будь-яких проміжних зупинок ».
Однак ситуація змінюється, коли відстаньзбільшується до декількох десятків значень ширини хвилі матерії, як в Боннському експерименті. На ці відстані пряма телепортація неможлива. Замість цього частка повинна пройти кілька проміжних станів, щоб досягти кінцевого пункту призначення: дворівнева система стає багаторівневою. Дослідження показує, що до таких процесів застосовується більш низька межа швидкості, ніж передбачали два радянських фізика. Справа в тому, що він визначається не тільки невизначеністю енергії, але і числом проміжних станів. Таким чином, нова робота покращує теоретичне розуміння складних квантових процесів та їх обмежень.
Висновки фізиків важливі не в останню чергу дляквантових обчислень. Обчислення, які можливі за допомогою квантових комп'ютерів, в основному засновані на маніпулюванні багаторівневими системами. Однак квантові стану дуже тендітні. Вони тривають лише короткий проміжок часу - часом когерентності. Нове дослідження показує максимальну кількість операцій, які вчені можуть виконати за час узгодженості. Це дозволяє оптимально використовувати його.
Читайте також
Створено першу точна карта світу. Що не так з усіма іншими?
Вчені вперше зафіксували, як навколо зірок малої маси формуються планети
Відкрито ліки від старості, прибирати старіючі клітини