Se a teoria quântica estiver correta, então de tais partículas quânticas como átomos, você pode esperar um comportamento muito estranho. Mas apesar do caos, eles podem parecer a física quântica, neste incrível mundo de minúsculas partículas há suas próprias leis. Recentemente, a equipe de cientistas da Universidade de Bonn conseguiu provar que no mundo quântico - no nível de operações quânticas complexas - o limite de velocidade é válido. Átomos, sendo pequenas partículas indivisíveis, em certo sentido se assemelham a bolhas de champanhe em um copo. Você pode descrevê-los como ondas de matéria, mas seu comportamento mais se assemelha a uma bola de bilhar e não líquida. Cada que virá à mente a ideia muito rapidamente para mover o átomo de um lugar para outro, deve agir com conhecimento e habilidade como um garçom experiente em um banquete - não um derramamento de champanhe de uma dúzia de óculos em uma bandeja, Labby entre o mesas. Mas mesmo neste caso, o experimentador enfrentará um certo limite de velocidade - um limite para exceder o que é impossível. Os resultados obtidos durante o estudo são importantes para a operação de computadores quânticos, e esta área, como um querido leitor provavelmente sabe, está desenvolvendo ativamente nos últimos anos.
Limite de velocidade no exemplo do átomo de césio
O estudo publicado na revista Physical Review X, os físicos conseguiram provar experimentar experimentar a existência de um limite de velocidade durante as operações quânticas complexas. No decorrer do trabalho, cientistas da Universidade de Bonn, bem como físicos do Instituto de Tecnologia da Massachusetts (MIT), Juliha Research Center, Universidades de Hamburgo, Colônia e Pádua, descobriram onde restringir.
Para isso, os autores do trabalho científico levaram o átomo de césio e enviaram dois raios laser perfeitos uns nos outros uns contra os outros. O objetivo do estudo foi maximizar a entrega do átomo de césio para o lugar certo de tal forma que o átomo não "caia" do "vale" designado como uma gota de champanhe do vidro. Essa superposição da física é chamada de infrasco, cria uma onda leve em pé, que lembra a seqüência inicialmente imovável de "montanhas" e "dolin". No decorrer da experiência de física, o átomo de césio foi carregado em um desses "vales", e depois levou a onda leve em movimento, que deslocou a posição "vale".
A onda eletromagnética permanente é uma mudança periódica na amplitude dos campos elétricos e magnéticos ao longo da direção da propagação causada pela interferência das ondas incidentes e refletidas.
O fato de que no micrômetro há um limite de velocidade, foi teoricamente demonstrado há mais de 60 anos por dois físicos soviéticos Leonid Mandelstam e Igor Tamm. Eles mostraram que a velocidade máxima nas operações quânticas depende da incerteza de energia, isto é, quão "livre" uma partícula manipulada em relação aos seus possíveis estados de energia: mais liberdade de energia, é mais rápido. Por exemplo, no caso de transporte do átomo de césio, mais profundo o "vale", em que o átomo cai, mais distribuídos a energia dos estados quânticos no "vale", e, finalmente, mais rápido o átomo pode ser movido.
Algo semelhante pode ser visto cuidadosamente assistindo o garçom no restaurante: se preencher os óculos metade (a pedido do convidado), então chances de derramar champanhe diminuir, apesar da velocidade com a qual o garçom distingue a bebida. No entanto, a liberdade energética de uma partícula separada é impossível de tomar e ampliar. "Não podemos fazer nosso" vale "infinitamente profundo, porque requer muita energia", escrevem os autores do estudo.
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Novos resultados para a ciência
O limite de velocidade proposto por Mandelshtam e Tamm é fundamental. No entanto, é possível alcançá-lo sob certas circunstâncias, nomeadamente em sistemas apenas com dois estados quânticos possíveis. No caso de um estudo, por exemplo, aconteceu quando o ponto de partida e destino foram extremamente próximos um do outro. "Então as ondas do átomo da matéria mãe em ambos os lugares são sobrepostas uns sobre os outros, e o átomo pode ser entregue diretamente ao destino de cada vez, isto é, sem paradas intermediárias. Parece teletransportação na série "Star Caminho", disse os autores do estudo pela publicação Phys.org.
E, no entanto, a situação muda quando a distância entre o ponto de partida e o destino aumenta para várias dúzias de valores de onda, como no experimento de pesquisadores da Universidade de Bonn. Em tais distâncias, o teletransporte direto é impossível. Em vez de teletransporte para atingir um destino, uma partícula deve passar por uma série de distâncias intermediárias: e é aqui que a situação de dois níveis entra em um multi-nível.
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Os resultados do estudo mostraram que o limite de velocidade inferior se aplicam a tais processos do que os cientistas soviéticos foram identificados: é determinado não apenas pela incerteza da energia, mas também o número de estados intermediários. Todos os itens acima significa que um novo estudo melhora a compreensão teórica dos processos e restrições quânticas complexas.
Átomos e computadores quânticos
De acordo com a física, os resultados obtidos são aplicáveis no campo dos computadores quânticos. Tudo porque o experimento realizado é dedicado à transferência de um átomo e tais processos ocorrem no computador quântico. Quando os bits quânticos são implementados por átomos, eles devem ser transferidos de uma área de um processador para outra. Este é exatamente o processo que precisa ser feito muito rapidamente, caso contrário, toda a sua conexão desaparecerá. Graças ao limite de velocidade quântica, agora é possível prever com precisão qual velocidade é teoricamente possível.
Para computadores quânticos, no entanto, os resultados obtidos não significam o limite da velocidade de computação. O fato de que um computador quântico pode calcular tão rapidamente, principalmente associado a uma duração como tal, mas com o número de operações. Computador Quantum para executar uma tarefa específica requer muito menos operações do que o computador habitual. O cálculo usando um computador quântico é semelhante ao descobrir o labirinto sem a necessidade de verificar sequencialmente todos os caminhos possíveis. É nisso que a aceleração é: você só precisa enviar um computador quântico através de um labirinto uma vez, enquanto estiver com um computador clássico, você precisa experimentar um número muito grande de opções um por um.
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De acordo com o principal autor do estudo da Andrea Alberti, não há consequências nesse sentido para o poder de computação de um computador quântico. Mas o limite de velocidade quântica é interessante por outro motivo - o limite detectado mostra que é possível realizar um número significativamente maior de operações do que se pensava anteriormente.