Se la teoria quantistica è corretta, quindi da tali particelle quantiche come atomi, puoi aspettarti un comportamento molto strano. Ma nonostante il caos, possono sembrare la fisica quantistica, in questo fantastico mondo di minuscole particelle ci sono le loro leggi. Recentemente, il team di scienziati dell'Università di Bonn è riuscito a dimostrare che nel mondo quantico - a livello di complesse operazioni quantistiche - il limite di velocità è valido. Atomi, essendo piccole particelle indivisibili, in un certo senso assomigliano alle bolle di champagne in un bicchiere. Puoi descriverli come onde di materia, ma il loro comportamento ricorda più una palla da biliardo e non liquido. Ogni mono che verrà in mente l'idea molto rapidamente per spostare l'atomo da un posto all'altro, dovrebbe agire con la conoscenza e l'abilità come un cameriere esperto su un banchetto - non uno spargimento di champagne da una dozzina di occhiali su un vassoio, labby tra il vassoio Tabelle. Ma anche in questo caso, lo sperimentatore dovrà affrontare un determinato limite di velocità - un limite per superare il quale è impossibile. I risultati ottenuti durante lo studio sono importanti per il funzionamento dei computer quantici, e questa area, come un caro lettore probabilmente lo sa, è stato attivamente sviluppato negli ultimi anni.
Limite di velocità sull'esempio dell'atomo del cesio
Lo studio pubblicato nella rivista Revisione fisica X, i fisici sono riusciti a dimostrare sperimentalmente l'esistenza di un limite di velocità durante complesse operazioni quantistiche. Nel corso del lavoro, gli scienziati dell'Università di Bonn, nonché i fisici del Massachusetts Institute of Technology (MIT), Centro di ricerca di Juliha, Università di Amburgo, Colonia e Padova, hanno scoperto dove limitare.
Per questo, gli autori del lavoro scientifico hanno preso l'atomo di cesio e inviato due raggi laser perfetti l'uno sull'altro l'uno contro l'altro. Lo scopo dello studio era di massimizzare la consegna dell'atomo del cesio nel posto giusto in modo tale che l'atomo non "cade" dalla "valle" designata come una goccia di champagne dal vetro. Tale sovrapposizione della fisica è chiamata infarrence, crea un'onda leggera in piedi, che ricorda la sequenza inizialmente immobile di "montagne" e "Dolin". Nel corso dell'esperimento della fisica, l'atomo di cesio è stato caricato in una di queste "valli", quindi ha portato l'onda leggera in piedi in movimento, che ha spostato la posizione "valle".
L'onda elettromagnetica in piedi è un cambiamento periodico nell'ampiezza dei campi elettrici e magnetici lungo la direzione della propagazione causata dall'interferenza dell'incidente e dalle onde riflesse.
Il fatto che nel micrometro vi sia un limite di velocità, è stato dimostrato teoricamente oltre 60 anni fa da due fisici sovietici Leonid Mandelstam e Igor Tamm. Hanno dimostrato che la velocità massima delle operazioni quantistiche dipende dall'incertezza dell'energia, cioè come "libero" una particella manipolata in relazione ai suoi possibili stati di energia: più la libertà energetica, è più veloce. Ad esempio, nel caso del trasporto dell'atomo del cesio, più profonda la "valle", in cui cade l'Atom, più ha distribuito l'energia degli stati quantistici nella "valle", e, in definitiva, è possibile spostare l'atomo più veloce.
Qualcosa di simile può essere visto guardando attentamente il cameriere nel ristorante: se riempie la metà degli occhiali (su richiesta dell'ospite), allora è probabile che la possibilità di perdere champagne diminuisca, nonostante la velocità con cui il cameriere distingue la bevanda. Ciononostante, la libertà di energia di una particella separata è impossibile da prendere e ingrandire. "Non possiamo rendere la nostra" valle "infinitamente profonda, perché richiede troppa energia," gli autori dello studio scrivono.
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Nuovi risultati per la scienza
Il limite di velocità proposto da Mandelshtam e Tamm è fondamentale. Tuttavia, è possibile raggiungerlo in determinate circostanze, cioè in sistemi solo con due possibili stati quantici. Nel caso di uno studio, ad esempio, è successo quando il punto di partenza e la destinazione erano estremamente vicini l'uno all'altro. "Allora le onde dell'atomo della materia della madre in entrambi i luoghi sono sovrapposte l'una sull'altra, e l'atomo può essere consegnato direttamente alla destinazione alla volta, cioè senza fermate intermedie. Sembra il teletrasporto nella serie "Star Path", ha detto gli autori dello studio da parte della pubblicazione Phys.org.
Eppure, la situazione cambia quando la distanza tra il punto di partenza e la destinazione aumenta a diverse dozzine di valori dell'onda della materia, come nell'esperimento dei ricercatori dell'Università di Bonn. A tali distanze, la teletrasportazione diretta è impossibile. Invece di teletrasporto per ottenere una destinazione, una particella deve superare un numero di distanze intermedie: ed è qui che la situazione di due livelli entra in un multi-livello.
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I risultati dello studio hanno dimostrato che il limite di velocità inferiore si applica a tali processi rispetto agli scienziati sovietici: è determinato non solo dall'incertezza dell'energia, ma anche il numero di stati intermedi. Tutto quanto sopra significa che un nuovo studio migliora la comprensione teorica dei complessi processi quantistici e restrizioni.
Atomi e computer quantistici
Secondo la fisica, i risultati ottenuti sono applicabili nel campo dei computer quantistici. Tutto perché l'esperimento effettuato è dedicato al trasferimento di un atomo, e tali processi si verificano nel computer quantistico. Quando i bit quantici sono implementati dagli atomi, devono essere trasferiti da un unico processore all'altro. Questo è esattamente il processo che deve essere fatto molto rapidamente, altrimenti tutta la sua connessione scomparirà. Grazie al limite di velocità quantistica, ora è possibile prevedere accuratamente quale velocità è teoricamente possibile.
Per computer quantistici, tuttavia, i risultati ottenuti non significano il limite della velocità di elaborazione. Il fatto che un computer quantico possa calcolare così rapidamente, principalmente associato a una durata come tale, ma piuttosto con il numero di operazioni. Quantum Computer per eseguire un compito specifico richiede molte meno operazioni rispetto al solito computer. Il calcolo utilizzando un computer quantico è simile a scoprire il labirinto senza la necessità di controllare sequenzialmente tutti i possibili percorsi. È in questo che l'accelerazione è: hai solo bisogno di inviare un computer quantico attraverso un labirinto una volta, mentre con un computer classico è necessario provare un numero molto elevato di opzioni uno per uno.
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Secondo il principale autore dello studio di Andrea Alberti, non ci sono conseguenze in questo senso per il potere di calcolo di un computer quantico. Ma il limite di velocità quantistica è interessante per un'altra ragione: il limite rilevato mostra che è possibile eseguire un numero di operazioni significativamente più grande di quanto pensato in precedenza.