As die kwantumteorie korrek is, kan jy van so 'n kwantumdeeltjies as atome 'n baie vreemde gedrag verwag. Maar ten spyte van chaos, kan hulle kwantumfisika lyk, in hierdie wonderlike wêreld van klein deeltjies is daar hul eie wette. Onlangs het die span van wetenskaplikes van die Universiteit van Bunn daarin geslaag om te bewys dat in die kwantumwêreld - op die vlak van komplekse kwantumbedrywighede - die spoedgrens geldig is. Atome, wat klein ondeelbare deeltjies is, lyk in 'n sekere mate in 'n glas borrels sjampanje. U kan dit beskryf as golwe van materie, maar hul gedrag lyk meer soos 'n biljartbal en nie vloeibaar nie. Elkeen wat die idee baie vinnig sal laat dink om die atoom van een plek na 'n ander te beweeg, moet met kennis en vaardigheid as 'n ervare kelner op 'n banket optree - nie 'n skuur van sjampanje van 'n dosyn bril op 'n skinkbord tussen die tafels. Maar selfs in hierdie geval sal die eksperimente 'n sekere spoedgrens in die gesig staar - 'n beperking wat onmoontlik is. Die resultate wat tydens die studie behaal is, is belangrik vir die werking van kwantumrekenaars, en hierdie gebied, soos 'n geliefde leser waarskynlik weet, het die afgelope jaar aktief ontwikkel.
Spoedgrens op die voorbeeld van die Cesium-atoom
Die studie gepubliseer in die tydskrif Fisiese oorsig X, fisici het daarin geslaag om eksperimenteel die bestaan van 'n spoedgrens tydens komplekse kwantumbedrywighede te bewys. In die loop van die werk het wetenskaplikes van die Universiteit van Bonn, sowel as fisici van die Massachusetts Institute of Technology (MIT), Juliha Navorsingsentrum, Hamburg-universiteite, Keulen en Padua, uitgevind waar om te beperk.
Hiervoor het die skrywers van wetenskaplike werk die Cesium-atoom geneem en twee laserbalke op mekaar teen mekaar gestuur. Die doel van die studie was om die lewering van die Cesium-atoom op die regte plek op so 'n manier te maksimeer dat die atoom nie van die aangewese "vallei" as 'n druppel sjampanje uit die glas val nie. Sodanige superposisie van fisika word 'n infarferensie genoem, dit skep 'n staande liggolf, wat die aanvanklike onroerende volgorde van "berge" en "dolin" herinner. In die loop van die Fisika-eksperiment is die Cesium-atoom in een van hierdie "valleie" gelaai, en het toe die staande liggolf in beweging gelei, wat die "vallei" -posisie verplaas het.
Staande elektromagnetiese golf is 'n periodieke verandering in die amplitude van die elektriese en magnetiese velde langs die rigting van voortplanting wat veroorsaak word deur die inmenging van die voorval en weerspieëlde golwe.
Die feit dat daar in die mikrometer 'n spoedgrens is, is meer as 60 jaar gelede teoreties gedemonstreer deur twee Sowjet-fisici Leonid Mandelstam en Igor Tamm. Hulle het getoon dat die maksimum spoed in kwantumbedrywighede afhang van energie-onsekerheid, dit is hoe "vrye" 'n gemanipuleerde deeltjie in verhouding tot sy moontlike energietoestande is: die meer energievryheid, dit is vinniger. Byvoorbeeld, in die geval van die vervoer van die Cesium-atoom, hoe dieper die "vallei", waarin die atoom val, hoe meer die energie van kwantumstate in die "vallei" versprei het, en uiteindelik die vinniger kan die atoom verskuif word.
Iets soortgelyk kan gesien word, kyk noukeurig na die kelner in die restaurant: as dit die glase half (op versoek van die gas) vul, dan kan die kans om sjampanje af te skeur, ten spyte van die spoed waarmee die kelner die drank onderskei. Nietemin is die energievryheid van 'n aparte deeltjie onmoontlik om te neem en te vergroot. "Ons kan nie ons" vallei "oneindig diep maak nie, want dit verg teëls," skryf die skrywers van die studie.
Om altyd bewus te wees van die nuutste wetenskaplike ontdekkings op die gebied van fisika en hoë tegnologie, teken in op ons nuuskanaal in telegram!
Nuwe resultate vir die wetenskap
Die spoedgrens wat deur Mandelars en Tamm voorgestel word, is fundamenteel. Dit is egter moontlik om dit onder sekere omstandighede te bereik, naamlik in stelsels slegs met twee moontlike kwantumstate. In die geval van 'n studie het dit byvoorbeeld gebeur toe die uitgangspunt en bestemming uiters naby aan mekaar was. "Dan word die golwe van die moeder se saakatoom op albei plekke op mekaar geplaas, en die atoom kan op 'n slag direk aan die bestemming afgelewer word, dit is sonder enige intermediêre stop. Dit lyk soos teleportasie in die reeks "Star Pad" - het die skrywers van die studie deur die publikasiefis.org gesê.
En tog verander die situasie wanneer die afstand tussen die vertrekpunt en die bestemming toeneem tot verskeie dosyn golfwaardes van materie, soos in die eksperiment van navorsers van die Universiteit van Bonn. By sulke afstande is direkte teleportasie onmoontlik. In plaas van teleportasie om 'n bestemming te bereik, moet 'n deeltjie 'n aantal intermediêre afstande slaag: en dit is hier dat die situasie van tweevlak in 'n multi-vlak gaan.
Lees ook: Kan 'n kwantumwerktuigkundige die bestaan van ruimte-tyd verduidelik?
Die resultate van die studie het getoon dat die laer spoedgrens van toepassing is op sulke prosesse as wat die Sowjet-wetenskaplikes geïdentifiseer is: Dit word nie net bepaal deur die onsekerheid van energie nie, maar ook die aantal intermediêre state. Al die bogenoemde beteken dat 'n nuwe studie die teoretiese begrip van komplekse kwantumprosesse en beperkings verbeter.
Atome en kwantumrekenaars
Volgens Fisika is die resultate wat verkry is op die gebied van kwantumrekenaars van toepassing is. Al omdat die eksperiment wat uitgevoer word, toegewy is aan die oordrag van 'n atoom, en sulke prosesse vind in die kwantumrekenaar plaas. Wanneer kwantumbisse deur atome geïmplementeer word, moet hulle van een verwerkerarea na 'n ander oorgedra word. Dit is presies die proses wat baie vinnig gedoen moet word, anders sal al sy verbintenis verdwyn. Danksy die kwantumspoedgrens is dit nou moontlik om akkuraat te voorspel watter spoed teoreties moontlik is.
Vir kwantumrekenaars beteken die resultate egter nie die limiet van die rekenaarspoed nie. Die feit dat 'n kwantumrekenaar so vinnig kan bereken, hoofsaaklik geassosieer met 'n duur as sodanig, maar eerder met die aantal bedrywighede. Kwantumrekenaar om 'n spesifieke taak uit te voer, vereis baie minder bedrywighede as die gewone rekenaar. Berekening met behulp van 'n kwantum rekenaar is soortgelyk aan die vind van die labirint sonder die behoefte om alle moontlike paaie opeenvolgend te kontroleer. Dit is hierin dat die versnelling is: Jy hoef net een keer 'n kwantumrekenaar deur 'n labirint te stuur, terwyl jy met 'n klassieke rekenaar 'n baie groot aantal opsies een vir een moet uitprobeer.
Dit sal vir jou interessant wees: 'n Quantum-rekenaar is in China geskep, wat die moeilikste taak vir 200 sekondes opgelos het
Volgens die voorste skrywer van die studie van Andrea Alberti is daar geen gevolge in hierdie sin vir die rekenaarkrag van 'n kwantumrekenaar nie. Maar die kwantumspoedgrens is om 'n ander rede interessant - die bespeurde limiet toon dat dit moontlik is om 'n aansienlik groter aantal bedrywighede uit te voer as wat voorheen gedink is.