Jika teori kuantum benar, maka dari partikel kuantum seperti atom, Anda dapat mengharapkan perilaku yang sangat aneh. Tetapi meskipun kekacauan, mereka mungkin tampak fisika kuantum, di dunia partikel kecil yang menakjubkan ini ada hukum mereka sendiri. Baru-baru ini, tim ilmuwan dari University of Bonn berhasil membuktikan bahwa di dunia kuantum - pada tingkat operasi kuantum kompleks - batas kecepatan valid. Atom, menjadi partikel kecil yang tak terpisahkan, dalam beberapa hal menyerupai gelembung sampanye dalam gelas. Anda dapat menggambarkannya sebagai gelombang materi, tetapi perilaku mereka lebih menyerupai bola biliar dan bukan cairan. Masing-satu yang akan mengingatkan ide dengan sangat cepat untuk memindahkan atom dari satu tempat ke tempat lain, harus bertindak dengan pengetahuan dan keterampilan sebagai pelayan berpengalaman dalam perjamuan - bukan penumpahan sampanye dari selusin gelas di atas nampan, Labby tabel. Tetapi bahkan dalam hal ini, eksperimen akan menghadapi batas kecepatan tertentu - batas untuk melebihi yang tidak mungkin. Hasil yang diperoleh selama penelitian ini penting untuk pengoperasian komputer kuantum, dan daerah ini, sebagai pembaca yang terhormat mungkin tahu, telah secara aktif berkembang dalam beberapa tahun terakhir.
Batas kecepatan pada contoh atom cesium
Penelitian yang diterbitkan dalam majalah tinjauan fisik X, fisikawan berhasil membuktikan adanya batas kecepatan selama operasi kuantum yang kompleks. Dalam perjalanan kerja, para ilmuwan dari University of Bonn, serta fisikawan dari Institut Teknologi Massachusetts (MIT), Pusat Penelitian Juliha, Universitas Hamburg, Cologne dan Padua, menemukan tempat untuk membatasi.
Untuk ini, penulis karya ilmiah mengambil atom cesium dan mengirim dua balok laser yang sempurna satu sama lain satu sama lain. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memaksimalkan penyampaian atom cesium ke tempat yang tepat sedemikian rupa sehingga atom tidak "jatuh" dari "lembah" yang ditunjuk sebagai setetes sampanye dari kaca. Superposisi fisika tersebut disebut infr, ia menciptakan gelombang cahaya yang berdiri, yang mengingatkan urutan "pegunungan" dan "dolin" yang awalnya tidak bergerak. Dalam perjalanan eksperimen fisika, atom cesium dimuat menjadi salah satu dari "lembah" ini, dan kemudian memimpin gelombang cahaya yang berdiri, yang menggantikan posisi "lembah".
Gelombang elektromagnetik yang berdiri adalah perubahan berkala dalam amplitudo medan listrik dan magnet di sepanjang arah propagasi yang disebabkan oleh campur tangan insiden dan gelombang yang dipantulkan.
Fakta bahwa dalam mikrometer ada batas kecepatan, secara teoritis ditunjukkan lebih dari 60 tahun yang lalu oleh dua fisikawan Soviet Leonid Mandelstam dan Igor Tamm. Mereka menunjukkan bahwa kecepatan maksimum dalam operasi kuantum tergantung pada ketidakpastian energi, yaitu bagaimana "bebas" partikel yang dimanipulasi sehubungan dengan keadaan energi yang mungkin: semakin banyak kebebasan energi, lebih cepat. Misalnya, dalam kasus transportasi atom cesium, semakin dalam "lembah", di mana atom jatuh, semakin mendistribusikan energi negara kuantum di "lembah", dan pada akhirnya semakin cepat atom dapat dipindahkan.
Sesuatu yang serupa dapat dilihat dengan hati-hati menonton pelayan di restoran: Jika mengisi gelas setengah (atas permintaan tamu), maka peluang untuk menumpahkan penurunan sampanye, meskipun kecepatan yang dengannya pelayan membedakan minuman itu. Namun demikian, kebebasan energi dari partikel terpisah tidak mungkin untuk diambil dan diperbesar. "Kami tidak dapat membuat" lembah "kami jauh-jauh, karena membutuhkan terlalu banyak energi," penulis penelitian menulis.
Untuk selalu mengetahui penemuan ilmiah terbaru di bidang fisika dan teknologi tinggi, berlangganan saluran berita kami di telegram!
Hasil baru untuk sains
Batas kecepatan yang diusulkan oleh Mandelshtam dan Tamm adalah fundamental. Namun, dimungkinkan untuk mencapainya dalam keadaan tertentu, yaitu sistem hanya dengan dua keadaan kuantum yang mungkin. Dalam hal studi, misalnya, itu terjadi ketika titik keberangkatan dan tujuan sangat dekat satu sama lain. "Kemudian ombak dari atom materi ibu di kedua tempat saling ditumpangkan satu sama lain, dan atom dapat dikirim langsung ke tujuan pada suatu waktu, yaitu, tanpa perantara perantara. Sepertinya teleportasi dalam seri "Path bintang," - kata penulis penelitian oleh publikasi Phys.org.
Namun, situasi berubah ketika jarak antara titik keberangkatan dan tujuan meningkat hingga beberapa lusin nilai gelombang materi, seperti dalam percobaan peneliti dari University of Bonn. Pada jarak seperti itu, teleportasi langsung tidak mungkin. Alih-alih teleportasi untuk mencapai tujuan, sebuah partikel harus melewati sejumlah jarak menengah: dan di sinilah situasi dua tingkat masuk ke multi-level.
Baca juga: Dapatkah mekanik kuantum menjelaskan keberadaan ruang-waktu?
Hasil penelitian menunjukkan bahwa batas kecepatan yang lebih rendah berlaku untuk proses-proses tersebut daripada para ilmuwan Soviet diidentifikasi: itu ditentukan tidak hanya dengan ketidakpastian energi, tetapi juga jumlah negara bagian tengah. Semua hal di atas berarti bahwa studi baru meningkatkan pemahaman teoritis tentang proses kuantum kompleks dan pembatasan.
Atom dan komputer kuantum
Menurut fisika, hasil yang diperoleh berlaku di bidang komputer kuantum. Semua karena percobaan yang dilakukan dikhususkan untuk transfer atom, dan proses semacam itu terjadi di komputer kuantum. Ketika bit kuantum diimplementasikan oleh atom, mereka harus ditransfer dari satu area prosesor ke area lain. Ini persis proses yang perlu dilakukan dengan sangat cepat, jika tidak, semua keterhubungannya akan hilang. Berkat batas kecepatan kuantum, sekarang mungkin untuk memprediksi dengan akurat apa kecepatan secara teori.
Namun, untuk komputer kuantum, hasil yang diperoleh tidak berarti batas kecepatan komputasi. Fakta bahwa komputer kuantum dapat menghitung begitu cepat, terutama dikaitkan dengan durasi seperti itu, melainkan dengan jumlah operasi. Komputer kuantum untuk melakukan tugas tertentu membutuhkan lebih sedikit operasi daripada komputer yang biasa. Perhitungan menggunakan komputer kuantum mirip dengan mengetahui labirin tanpa perlu memeriksa semua jalur yang mungkin. Dalam hal ini akselerasi adalah: Anda hanya perlu mengirim komputer kuantum melalui labirin sekali, sementara dengan komputer klasik Anda perlu mencoba sejumlah besar opsi satu per satu.
Ini akan menarik untuk Anda: Komputer Quantum telah dibuat di Cina, yang memecahkan tugas yang paling sulit selama 200 detik
Menurut penulis utama penelitian Andrea Alberti, tidak ada konsekuensi dalam pengertian ini untuk daya komputasi komputer kuantum. Tetapi batas kecepatan kuantum menarik untuk alasan lain - batas yang terdeteksi menunjukkan bahwa dimungkinkan untuk melakukan jumlah operasi yang jauh lebih besar daripada yang diperkirakan sebelumnya.