Jos kvanttiteoria on oikea, sitten tällaisista kvanttipartikkeleista kuin atomeja, voit odottaa erittäin outoa käyttäytymistä. Mutta Chaosista huolimatta he voivat tuntua kvantti fysiikka, tässä hämmästyttävässä maailmassa pienet hiukkaset ovat omia lakejaan. Äskettäin Bonnin yliopiston tutkijoiden ryhmä onnistui osoittamaan, että kvantti-maailmassa - monimutkaisten kvanttitoimintojen tasolla - nopeusrajoitus on voimassa. Atomit, jotka ovat pieniä jakamattomia hiukkasia, joissakin mielessä muistuttavat samppanjaa lasissa. Voit kuvata niitä aineena, mutta niiden käyttäytyminen muistuttaa biljardipalloa eikä nestettä. Jokainen, joka tulee mieleen idean hyvin nopeasti siirtämään atomi yhdestä paikasta toiseen, olisi toimittava tietämyksellä ja taitolla kokeneena tarjoilijana juhlassa - ei irti samppanjaa tuskin lasit lokeroon, Labby taulukoita. Mutta tässä tapauksessa kokeilija kohdistuu tiettyyn nopeusrajaan - raja ylittää mikä on mahdotonta. Tutkimuksen aikana saadut tulokset ovat tärkeitä kvanttitietokoneiden toiminnalle ja tämä alue, kuten rakas lukija todennäköisesti tietää, on aktiivisesti kehittynyt viime vuosina.
Nopeusrajoitus Cesium Atomin esimerkissä
Lehden fyysisessä katsauksessa X julkaistu tutkimus, fyysikko onnistui kokeellisesti osoittamaan nopeusrajan olemassaolon monimutkaisten kvanttitoimintojen aikana. Työskentelyn aikana Bonnin yliopiston tutkijat sekä Massachusettsin teknologia-instituutti (MIT), Juliha-tutkimuskeskus, Hampurin yliopistot, Köln ja Padua, totesivat, missä rajoittaa.
Tätä varten tieteellisen työn tekijät otti Cesium Atomin ja lähetti kaksi lasersäteiä täydellisesti toisiaan vastaan toisiaan vastaan. Tutkimuksen tarkoituksena oli maksimoida cesium-atomin toimitus oikeaan paikkaan siten, että atomi ei "pudota" nimettyyn "laaksoon" lasin samppanjan pudotuksena. Tällaista fysiikan superpositiota kutsutaan infaraferiksi, se luo pysyvän valon aallon, joka muistuttaa aluksi kiinteää "vuoret" ja "Dolin". Fysiikan kokeilun aikana cesium-atomi ladattiin yhteen näistä "laaksoiksi" ja sitten johti seisovan valon aallon liikkeessä, joka siirtyi "laakson" asentoon.
Pysyvä sähkömagneettinen aalto on säännöllinen muutos sähkö- ja magneettikenttien amplitudissa pitkin tapahtuman ja heijastuneen aaltojen häiriön aiheuttamaa etenemistä.
Se, että mikrometrissä on nopeusraja, teoreettisesti osoitettiin yli 60 vuotta sitten kaksi Neuvostoliiton fyysikkoa Leonid Mandelstam ja Igor Tamm. Ne osoittivat, että kvanttitoimintojen suurin nopeus riippuu energian epävarmuudesta eli "ilmaiseksi" manipuloitu hiukkanen suhteessa mahdollisiin energialuetteloihin: Mitä enemmän energiaa vapautuu, se on nopeampi. Esimerkiksi Cesium Atomin kuljetuksen tapauksessa syvemmälle "laakso", johon Atomi putoaa, sitä enemmän jakautui kvanttitilastojen energiaan "laaksossa" ja lopulta nopeammin Atomi voidaan siirtää.
Jotain samankaltaista näkyy huolellisesti katsomassa tarjoilijaa ravintolassa: jos se täyttää lasit puolet (vieraan pyynnöstä), niin mahdollisuudet irrottaa samppanjaa huolimatta nopeudesta, jolla tarjoilija erottaa juoman. Erillisen partikkelin energiavapaus on kuitenkin mahdotonta ottaa ja laajentaa. "Emme voi tehdä" laaksoa "äärettömän syvälle, koska se vaatii liikaa energiaa", tutkimuksen kirjoittajat kirjoittavat.
Aina olla tietoinen uusimmista tieteellisistä löytöistä fysiikan ja korkean teknologian alalla, tilata uutiskanavamme Telegramissa!
Uusia tuloksia tiedelle
Mandelshtamin ja Tammin ehdottama nopeusrajoitus on perustavanlaatuinen. On kuitenkin mahdollista saavuttaa se tietyissä olosuhteissa, nimittäin järjestelmissä vain kahdella mahdollisella kvanttitilassa. Esimerkiksi tutkimuksen tapauksessa se tapahtui, kun lähtö- ja kohdepiste oli erittäin lähellä toisiaan. "Sitten äidin aineen atomien aallot molemmissa paikoissa ovat päällekkäin toisiinsa, ja atomi voidaan toimittaa suoraan määränpäähän kerrallaan, eli ilman välivaihetta. Se näyttää teleportointia sarjassa "Star Path", - sanoi julkaisun Phys.orgin tutkimuksen tekijät.
Ja tilanne muuttuu, kun lähtöpisteen ja määränpäähän välinen etäisyys kasvaa useisiin tusinan aaltoarvoihin, kuten Bonnin yliopiston tutkijoiden kokeilussa. Tällaisissa etäisyyksissä suora teloitus on mahdotonta. Sen sijaan, että telineiden saavuttaminen määränpäähän, hiukkasten on läpäistävä useita välitautaita: ja tässä on, että kahden tason tilanne menee monitasoiseksi.
Lue myös: Voiko Quantum Mechanic selittää tilaa-aikaa?
Tutkimuksen tulokset osoittivat, että pienempi nopeusraja koskee tällaisia prosesseja kuin Neuvostoliiton tutkijat tunnistettiin: se määräytyy paitsi energian epävarmuuteen vaan myös välituotteiden lukumäärään. Kaikki edellä mainitut merkitsevät sitä, että uusi tutkimus parantaa monimutkaisten kvanttiprosesseja ja rajoituksia teoreettista ymmärrystä.
Atomit ja kvanttitietokoneet
Fysiikan mukaan saadut tulokset ovat sovellettavissa kvanttitietokoneiden alalla. Kaikki, koska suoritettu kokeilu on omistettu atomin siirtoon, ja tällaiset prosessit esiintyvät kvanttitietokoneessa. Kun kvanttibittejä toteutetaan atomeilla, ne on siirrettävä yhdestä prosessorialueesta toiseen. Tämä on juuri prosessi, joka on tehtävä hyvin nopeasti, muuten kaikki hänen kytkentänsä katoaa. Quantum-nopeusrajan ansiosta on nyt mahdollista ennustaa tarkasti, mikä nopeus on teoriallisesti mahdollista.
Quantum-tietokoneille saadut tulokset eivät kuitenkaan tarkoita tietojenopeuden rajaa. Se, että kvanttitietokone voi laskea niin nopeasti, liittyy ensisijaisesti kestoon sellaisenaan, vaan toiminnan määrän mukaan. Kvanttitietokone tietyn tehtävän suorittamiseksi vaatii paljon vähemmän toimintaa kuin tavallinen tietokone. Laskeminen kvanttitietokoneella on samanlainen kuin labyrintti ilman tarvetta tarkistaa kaikki mahdolliset polut. Tämän vuoksi kiihdytys on: sinun tarvitsee vain lähettää kvanttitietokone labyrintin läpi kerran, kun taas klassisella tietokoneella sinun on kokettava erittäin suuri määrä vaihtoehtoja yksitellen.
Sinulle on mielenkiintoista: Kiinassa on luotu kvanttitietokone, joka ratkaisi vaikeimman tehtävän 200 sekunnin ajan
Andrea Albertin johtavan tekijän mukaan tässä mielessä ei ole seurauksia kvanttitietokoneen tietojenkäsittelyteholle. Mutta kvanttimääräraja on mielenkiintoinen toisesta syystä - havaittu raja osoittaa, että on mahdollista suorittaa huomattavasti suurempi määrä toimintoja kuin aiemmin ajatellut.