Kuantum dünyasında da bir hız sınırı geçerlidir

Kuantum dünyasında da bir hız sınırı geçerlidir
Yazıyı beğendiyseniz lütfen Paylaşın


İlk yazar Manolo Rivera Lam (solda) ve Bonn Üniversitesi Uygulamalı Fizik Enstitüsü’nde baş araştırmacı Dr. Andrea Alberti (sağda). Kredi: © Volker Lannert / Uni Bonn

Kendi özel kuralları olan en küçük parçacıkların dünyasında bile işler sonsuz hızlı ilerleyemez. Bonn Üniversitesi’ndeki fizikçiler şimdi karmaşık kuantum işlemleri için hız sınırının ne olduğunu gösterdiler. Çalışma ayrıca MIT’den, Hamburg, Köln ve Padua üniversitelerinden ve Jülich Araştırma Merkezi’nden bilim adamlarını da içeriyordu. Sonuçlar, diğer şeylerin yanı sıra, kuantum bilgisayarların gerçekleştirilmesi için önemlidir. Prestijli dergide yayınlanırlar Fiziksel İnceleme Xve American Physical Society’nin Fizik Dergisi tarafından ele alınmıştır.

Yılbaşı gecesi gece yarısından sadece birkaç dakika önce bütün bir tepsi şampanya bardağı servis etmek zorunda olan bir garson (kilitlenme zaten geçmişte kaldı) gözlemlediğinizi varsayalım. Misafirden misafire en yüksek hızda koşar. Uzun yıllar boyunca mükemmelleşen tekniği sayesinde, yine de değerli sıvının tek bir damlasını bile dökmemeyi başarıyor.

Küçük bir numara ona bunu yapmasında yardımcı olur: Garson adımlarını hızlandırırken, tepsiyi biraz yana yatırır, böylece şampanya bardaklardan dökülmez. Masanın yarısına gelindiğinde, masayı ters yönde eğer ve yavaşlar. Ancak tamamen durduğunda onu tekrar dik tutar.

Atomlar bazı yönlerden şampanyaya benzer. Bilardo topu gibi değil, daha çok sıvı gibi davranan madde dalgaları olarak tanımlanabilirler. Bu nedenle, atomları bir yerden diğerine olabildiğince hızlı bir şekilde taşımak isteyen herkes, yılbaşı gecesi garson kadar yetenekli olmalıdır. Bonn Üniversitesi Uygulamalı Fizik Enstitüsünde bu çalışmayı yöneten Dr. Andrea Alberti, “Ve o zaman bile, bu taşımanın aşamayacağı bir hız sınırı var” diyor.

Şampanya ikamesi olarak sezyum atomu

Araştırmacılar çalışmalarında bu sınırın tam olarak nerede olduğunu deneysel olarak araştırdılar. Şampanya yerine bir sezyum atomu ve mükemmel bir şekilde üst üste bindirilmiş ancak bir tepsi olarak birbirlerine karşı yönlendirilmiş iki lazer ışını kullandılar. Fizikçilerin müdahalesi olarak adlandırılan bu üst üste binme, durağan bir ışık dalgası yaratır: başlangıçta hareket etmeyen bir dizi dağlar ve vadiler. Alberti, “Atomu bu vadilerden birine yükledik ve ardından duran dalgayı harekete geçirdik – bu, vadinin konumunu değiştirdi” diyor. “Amacımız, tabiri caizse atomu vadiden dışarı dökülmeden mümkün olan en kısa sürede hedef konuma ulaştırmaktı.”

Mikro kozmosta bir hız sınırı olduğu gerçeği, iki Sovyet fizikçisi Leonid Mandelstam ve Igor Tamm tarafından 60 yıldan daha uzun bir süre önce teorik olarak kanıtlanmıştı. Bir kuantum işleminin maksimum hızının enerji belirsizliğine, yani manipüle edilmiş parçacığın olası enerji durumlarına göre ne kadar “özgür” olduğuna bağlı olduğunu gösterdiler: ne kadar enerjisel özgürlüğe sahipse, o kadar hızlıdır. Örneğin bir atomun taşınması durumunda, sezyum atomunun hapsolduğu vadinin derinliği, vadideki kuantum durumlarının enerjileri o kadar yayılır ve sonuçta atom o kadar hızlı taşınabilir. Garson örneğinde de benzer bir şey görülebilir: Bardakları sadece yarı dolu doldurursa (misafirlerin üzüntüsüne), hızlanıp yavaşlarken şampanyanın dökülme riski azalır. Bununla birlikte, bir parçacığın enerjisel özgürlüğü keyfi olarak artırılamaz. Alberti, “Vadimizi sonsuz derinliğe getiremeyiz – bu bize çok fazla enerjiye mal olur,” diye vurguluyor.

Işınla beni Scotty!

Mandelstam ve Tamm’in hız sınırı temel bir sınırdır. Bununla birlikte, kişi ona ancak belirli koşullar altında, yani yalnızca iki kuantum durumuna sahip sistemlerde ulaşabilir. Fizikçi, “Bizim durumumuzda, örneğin, başlangıç ​​ve varış noktası birbirine çok yakın olduğunda bu olur” diye açıklıyor. “O zaman atomun her iki konumdaki madde dalgaları üst üste gelir ve atom tek seferde, yani arada herhangi bir durak olmadan doğrudan hedefine taşınabilir – neredeyse Star Trek’in Starship Enterprise’daki ışınlanma gibi.”

Bununla birlikte, mesafe Bonn deneyinde olduğu gibi birkaç düzinelerce madde dalga genişliğine ulaştığında durum farklıdır. Bu mesafeler için doğrudan ışınlanma imkansızdır. Bunun yerine, parçacık nihai hedefine ulaşmak için birkaç ara durumdan geçmelidir: İki seviyeli sistem çok seviyeli bir sistem haline gelir. Çalışma, bu tür süreçler için iki Sovyet fizikçisinin tahmin ettiğinden daha düşük bir hız sınırının geçerli olduğunu gösteriyor: Bu, yalnızca enerji belirsizliği ile değil, aynı zamanda ara durumların sayısı ile de belirlenir. Bu şekilde çalışma, karmaşık kuantum süreçlerinin ve bunların kısıtlamalarının teorik anlayışını geliştirir.

Fizikçilerin bulguları, en azından kuantum hesaplama için önemlidir. Kuantum bilgisayarlarla mümkün olan hesaplamalar çoğunlukla çok seviyeli sistemlerin manipülasyonuna dayanmaktadır. Yine de kuantum durumları çok kırılgandır. Fizikçilerin tutarlılık süresi dedikleri sadece kısa bir süre dayanırlar. Bu nedenle, mümkün olduğunca çok sayıda hesaplama işlemini bu zamana sığdırmak önemlidir. Alberti, “Çalışmamız, tutarlılık zamanında gerçekleştirebileceğimiz maksimum işlem sayısını ortaya koyuyor” diye açıklıyor. “Bu, onu en iyi şekilde kullanmayı mümkün kılıyor.”


Tek atomlu prob, ilk kez kuantum bilgilerini kullanır


Kaynak

admin

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Translate »