Sekiranya teori kuantum betul, maka dari zarah kuantum seperti atom, anda boleh mengharapkan tingkah laku yang sangat pelik. Tetapi walaupun kekacauan, mereka mungkin kelihatan fizik kuantum, dalam dunia yang menakjubkan zarah-zarah kecil ini ada undang-undang mereka sendiri. Baru-baru ini, pasukan saintis dari University of Bonn berjaya membuktikan bahawa dalam dunia kuantum - pada tahap operasi kuantum yang kompleks - had laju adalah sah. Atom, yang kecil zarah tidak dapat dipisahkan, dalam keadaan menyerupai gelembung champagne dalam gelas. Anda boleh menggambarkan mereka sebagai gelombang perkara, tetapi tingkah laku mereka lebih menyerupai bola biliard dan tidak cair. Setiap orang yang akan mengingati idea dengan cepat untuk memindahkan atom dari satu tempat ke tempat lain, harus bertindak dengan pengetahuan dan kemahiran sebagai pelayan yang berpengalaman pada jamuan - bukan penumpahan champagne dari selusin gelas di atas dulang, labby antara jadual. Tetapi dalam kes ini, pengeksport akan menghadapi had laju tertentu - had yang melebihi yang mustahil. Keputusan yang diperoleh semasa kajian adalah penting untuk operasi komputer kuantum, dan kawasan ini, sebagai pembaca yang paling sayang mungkin tahu, telah aktif berkembang dalam beberapa tahun kebelakangan ini.
Had laju pada contoh atom cesium
Kajian yang diterbitkan dalam Majalah Kajian Fizikal X, ahli fizik yang berjaya membuktikan kewujudan had laju semasa operasi kuantum yang kompleks. Dalam perjalanan kerja, saintis dari University of Bonn, serta ahli fizik dari Institut Teknologi Massachusetts (MIT), Pusat Penyelidikan Juliha, Universiti Hamburg, Cologne dan Padua, mendapati di mana untuk menyekat.
Untuk ini, pengarang kerja saintifik mengambil atom cesium dan menghantar dua rasuk laser sempurna antara satu sama lain terhadap satu sama lain. Tujuan kajian ini adalah untuk memaksimumkan penyampaian atom cesium ke tempat yang betul sedemikian rupa sehingga atom tidak "jatuh" dari "lembah" yang ditetapkan sebagai setitik sampanye dari kaca. Superposisi fizik tersebut dipanggil infarference, ia mewujudkan gelombang cahaya berdiri, yang mengingatkan urutan awal "gunung" dan "Dolin". Dalam perjalanan eksperimen fizik, atom cesium dimuatkan menjadi salah satu "lembah" ini, dan kemudian mengetuai gelombang cahaya yang berdiri di gerakan, yang melepaskan kedudukan "lembah".
Wave Electromagnetic Standing adalah perubahan berkala dalam amplitud medan elektrik dan magnet di sepanjang arah penyebaran yang disebabkan oleh gangguan kejadian dan gelombang yang dicerminkan.
Hakikat bahawa dalam mikrometer terdapat had laju, secara teorinya menunjukkan lebih dari 60 tahun yang lalu oleh dua ahli fizik Soviet Leonid Mandelstam dan Igor Tamm. Mereka menunjukkan bahawa kelajuan maksimum dalam operasi kuantum bergantung kepada ketidakpastian tenaga, iaitu, bagaimana "bebas" zarah yang dimanipulasi berhubung dengan kemungkinan tenaga yang mungkin: lebih banyak kebebasan tenaga, lebih cepat. Sebagai contoh, dalam kes pengangkutan atom cesium, yang lebih mendalam "lembah", di mana atom jatuh, semakin banyak yang diagihkan tenaga negara kuantum di "lembah", dan akhirnya semakin cepat atom boleh dipindahkan.
Sesuatu yang serupa dapat dilihat dengan teliti menonton pelayan di restoran: Jika ia mengisi gelas separuh (atas permintaan tetamu), maka peluang untuk menumpahkan kemerosotan Champagne, walaupun kelajuan yang dilayan oleh pelayan itu membezakan minuman itu. Walau bagaimanapun, kebebasan tenaga zarah yang berasingan adalah mustahil untuk mengambil dan memperbesar. "Kita tidak boleh membuat" lembah "kita jauh mendalam, kerana ia memerlukan terlalu banyak tenaga," pengarang kajian menulis.
Untuk sentiasa menyedari penemuan saintifik terkini dalam bidang fizik dan teknologi tinggi, melanggan saluran berita kami dalam Telegram!
Keputusan baru untuk sains
Had kelajuan yang dicadangkan oleh Mandelshtam dan Tamm adalah asas. Walau bagaimanapun, adalah mungkin untuk mencapainya dalam keadaan tertentu, iaitu dalam sistem hanya dengan dua negara kuantum yang mungkin. Dalam kes kajian, sebagai contoh, ia berlaku apabila titik pemergian dan destinasi sangat dekat antara satu sama lain. "Kemudian gelombang-gelombang atom ibu di kedua-dua tempat disempitkan satu sama lain, dan atom dapat disampaikan terus ke destinasi pada satu masa, iaitu tanpa sebarang perhentian pertengahan. Ia kelihatan seperti teleportasi dalam siri "Path Star," - kata penulis kajian oleh penerbitan Phys.org.
Namun, keadaan berubah apabila jarak antara titik keberangkatan dan destinasi meningkat kepada beberapa belas nilai gelombang materi, seperti dalam eksperimen penyelidik dari University of Bonn. Pada jarak sedemikian, teleportasi langsung adalah mustahil. Daripada teleportasi untuk mencapai destinasi, zarah mesti lulus beberapa jarak perantaraan: dan di sini bahawa keadaan dua peringkat masuk ke peringkat pelbagai.
Baca juga: Bolehkah mekanik kuantum menerangkan kewujudan ruang masa?
Hasil kajian menunjukkan bahawa had laju yang lebih rendah berlaku untuk proses tersebut daripada para saintis Soviet telah dikenalpasti: ia ditentukan bukan sahaja oleh ketidakpastian tenaga, tetapi juga bilangan negeri perantaraan. Semua di atas bermakna bahawa kajian baru meningkatkan pemahaman teori terhadap proses dan sekatan kuantum yang kompleks.
Atom dan Komputer Kuantum
Menurut Fizik, keputusan yang diperoleh adalah terpakai dalam bidang Komputer Kuantum. Semua kerana eksperimen yang dijalankan ditumpukan kepada pemindahan atom, dan proses tersebut berlaku dalam komputer kuantum. Apabila bit kuantum dilaksanakan oleh atom, mereka mesti dipindahkan dari satu kawasan pemproses kepada yang lain. Ini betul-betul proses yang perlu dilakukan dengan cepat, jika tidak semua kesusahannya akan hilang. Terima kasih kepada had kelajuan kuantum, kini mungkin untuk meramalkan dengan tepat apa kelajuan secara teorinya.
Bagi komputer kuantum, bagaimanapun, hasil yang diperoleh tidak bermakna had kelajuan pengkomputeran. Hakikat bahawa komputer kuantum boleh mengira dengan cepat, terutamanya berkaitan dengan tempoh yang demikian, tetapi dengan bilangan operasi. Komputer Kuantum untuk melaksanakan tugas tertentu memerlukan lebih banyak operasi daripada komputer biasa. Pengiraan menggunakan komputer kuantum adalah serupa dengan mengetahui labirin tanpa perlu menyemak semua laluan yang mungkin. Ia adalah di dalamnya bahawa pecutan adalah: anda hanya perlu menghantar komputer kuantum melalui labirin sekali sekali, sementara dengan komputer klasik yang anda perlukan untuk mencuba sejumlah besar pilihan satu demi satu.
Ia akan menjadi menarik untuk anda: komputer kuantum telah dibuat di China, yang menyelesaikan tugas yang paling sukar untuk 200 saat
Menurut pengarang utama kajian Andrea Alberti, tidak ada akibat dalam pengertian ini untuk kuasa pengkomputeran komputer kuantum. Tetapi had kelajuan kuantum menarik untuk sebab lain - had yang dikesan menunjukkan bahawa adalah mungkin untuk melakukan operasi yang jauh lebih besar daripada yang difikirkan sebelumnya.