Ako je kvantna teorija ispravna, onda iz takvih kvantnih čestica kao atoma, možete očekivati vrlo čudno ponašanje. Ali unatoč kaosu, mogu izgledati kvantnu fiziku, u ovom nevjerojatnom svijetu sićušnih čestica postoje vlastiti zakoni. Nedavno je tim znanstvenika sa Sveučilišta u Bonnu uspio dokazati da je u kvantnom svijetu - na razini složenih kvantnih operacija - ograničenje brzine vrijedi. Atomi, budući da su male nedjeljive čestice, u nekom smislu nalikuju mjehurićima šampanjca u čaši. Možete ih opisati kao valove materije, ali njihovo ponašanje više podsjeća na biljarsku loptu, a ne tekućinu. Temelj koji će vrlo brzo doći u obzir ideju da pomakne atom s jednog mjesta na drugo, treba djelovati sa znanjem i vještinom kao iskusnog konobara na banketu - ne prolijevanje šampanjca iz desetak naočala na ladici, labby između stolovi. No, čak iu ovom slučaju, eksperimentator će se suočiti s određenom ograničenjem brzine - granica za premašuje koja je nemoguća. Rezultati dobiveni tijekom studije važni su za rad kvantnih računala, a ovo područje, kao što vjerojatno zna, vjerojatno se događa, aktivno se razvija u posljednjih nekoliko godina.
Ograničenje brzine na primjeru cezijevog atoma
Studija objavljena u fizičkom pregledu magazina X, fizičari su uspjeli eksperimentalno dokazati postojanje ograničenja brzine tijekom složenih kvantnih operacija. Tijekom rada, znanstvenici sa Sveučilišta u Bonnu, kao i fizičari iz Massachusetts Instituta za tehnologiju (MIT), Juliha istraživački centar, Hamburg sveučilišta, Köln i Padovi, saznali su gdje ograničiti.
Za to su autori znanstvenog rada uzeli cezij atom i poslali dvije laserske grede savršene jedni na druge jedni protiv drugih. Svrha istraživanja bila je maksimizirati isporuku cezijevog atoma na pravom mjestu na takav način da atom ne "pada" iz određene "doline" kao pad šampanjca iz stakla. Takvo superpozicija fizike naziva se invalid, stvara stalni lagani val, koji podsjeća na početno nepokretni slijed "planina" i "dolin". Tijekom eksperimenta fizike, atom cezij bio je ukrčen u jednu od ovih "dolina", a zatim je vodio stajanje laganog vala u pokretu, koji je raselio "dolini" položaj.
Stojeći elektromagnetski val je periodična promjena u amplitudi električnih i magnetskih polja duž smjera širenja uzrokovana ometanjem incidenta i reflektiranih valova.
Činjenica da je u mikrometru postoji ograničenje brzine, bio je teoretski pokazao prije više od 60 godina dva sovjetskih fizičara Leonida Mandelstam i Igor Tamm. Pokazali su da maksimalna brzina u kvantnim operacijama ovisi o energetskoj nesigurnosti, to jest, kako je "slobodna" manipulirana čestica u odnosu na moguće energetske države: više energije slobode, to je brže. Na primjer, u slučaju prijevoza cezijevog atoma, dublje "dolina", u koju atom pada, više se distribuira energija kvantnih stanja u "dolini", i na kraju brže se atom može pomaknuti.
Nešto slično može se vidjeti pažljivo gledajući konobara u restoranu: ako popunjava naočale pola (na zahtjev gosta), onda šanse za smanjenje šampanjca, unatoč brzini s kojom konobar razlikuje piće. Ipak, sloboda energije odvojene čestice je nemoguće uzeti i povećati. "Ne možemo učiniti našu" dolinu "beskonačno duboko, jer to zahtijeva previše energije," pišu autori studije.
Uvijek biti svjesni najnovijih znanstvenih otkrića u području fizike i visoke tehnologije, pretplatite se na naš kanal za vijesti u telegramu!
Novi rezultati za znanost
Granica brzine koju je predložio Mandelshtam i Tamm je temelj. Međutim, moguće je to postići pod određenim okolnostima, odnosno u sustavima samo s dva moguća kvantna stanja. U slučaju studije, na primjer, to se dogodilo kada je točka odlaska i odredišta iznimno blizu jedni drugima. "Tada su valovi majčinog materije atom na oba mjesta superponirani jedni na druge, a atom se može isporučiti izravno na odredište u isto vrijeme, to jest, bez ikakvih posrednika. Izgleda kao teleportacija u seriji "staza zvijezda", - rekao je autori studije od strane publikacije Phys.org.
Pa ipak, situacija se mijenja kada se udaljenost između točke polaska i odredišta poveća na nekoliko desetaka valnih vrijednosti materije, kao u eksperimentu istraživača sa Sveučilišta u Bonnu. Na takvim udaljenostima, izravna teleportacija je nemoguća. Umjesto teleportacije kako bi se postigla odredište, čestica mora proći niz srednjih udaljenosti: i ovdje je situacija na dvije razine ulazi u višestruku razinu.
Pročitajte također: Može li kvantni mehaničar objasniti postojanje prostora-vrijeme?
Rezultati istraživanja pokazali su da se niže ograničenje brzine primjenjuje na takve procese od sovjetskih znanstvenika su identificirani: određuje se ne samo nesigurnošću energije, već i brojem posrednih stanja. Sve gore navedeno znači da nova studija poboljšava teoretsko razumijevanje složenih kvantnih procesa i ograničenja.
Atomi i kvantna računala
Prema fizici, dobiveni rezultati se primjenjuju u području kvantnih računala. Sve zato što je proveden eksperiment posvećen prijenosu atoma, a takvi se procesi pojavljuju u kvantnom računalu. Kada se atomi provode kvantni bitovi, moraju se prenijeti s jednog procesora na drugo. To je upravo proces koji treba učiniti vrlo brzo, inače će sva njegova povezanost nestati. Zahvaljujući kvantnoj brzini ograničenja, sada je moguće točno predvidjeti koliko je brzina teoretski moguća.
Za kvantna računala, međutim, dobiveni rezultati ne znače granicu brzine računalne brzine. Činjenica da se kvantno računalo može tako brzo izračunati, prvenstveno povezano s trajanjem kao takvom, već s brojem operacija. Quantum računalo za obavljanje određenog zadatka zahtijeva mnogo manje operacija od uobičajenog računala. Izračun pomoću kvantnog računala slično je pronalaženju labirinta bez potrebe da se sekvencijalno provjerite sve moguće putove. Upravo je ubrzanje: samo trebate poslati kvantno računalo kroz labirint jednom, dok s klasičnim računalom trebate isprobati vrlo velik broj opcija jedan po jedan.
Bit će zanimljivo za vas: Kvantno računalo je stvoreno u Kini, što je riješilo najteži zadatak za 200 sekundi
Prema vodećem autor studija Andrea Alberti, u tom smislu nema posljedica za računalnu snagu kvantnog računala. No, kvantno ograničenje brzine zanimljivo je za još jedan razlog - otkrivena granica pokazuje da je moguće obaviti znatno veći broj operacija nego što se ranije mislilo.