Ipinakita ng mga Physistista Ang Limitasyon sa Bilis na Nalapat Sa Daigdig ng Quantum

Ang pag-aaral ng Unibersidad ng Bonn ay tumutukoy sa minimum na oras para sa mga kumplikadong proseso ng kabuuan.

Kahit na sa mundo ng pinakamaliit na mga particle na may kanilang sariling mga espesyal na patakaran, ang mga bagay ay hindi maaaring mapunta nang walang hangganang mabilis. Ipinakita na ngayon ng mga Physicist sa University of Bonn kung ano ang speed limit para sa mga kumplikadong proseso ng kabuuan. Ang pag-aaral din MAY, Hamburg, Cologne at Padua na unibersidad at Jülich Research Center. Mahalaga ang mga resulta, bukod sa iba pang mga bagay, sa pagsasakatuparan ng mga computer na kabuuan. Ito ay nai-publish sa prestihiyosong journal Physical Review X at sakop ng Physics Magazine ng American Physical Society.

Ipagpalagay na napansin mo ang isang waiter na kailangang maghatid ng isang tray ng baso ng champagne ilang minuto lamang bago maghatinggabi ng Bisperas ng Bagong Taon (ang pag-crash ay kasaysayan na). Tumatakbo siya mula sa panauhin hanggang sa panauhin sa pinakamabilis na bilis. Salamat sa kanyang diskarte, na naging perpekto sa maraming taon, namamahala pa rin siya na hindi magbuhos ng isang solong patak ng mahalagang likido.

Tinutulungan siya ng isang maliit na lansihin na gawin ito: habang kinukuha ng waiter ang kanyang mga hakbang, ikiling ang tray nang kaunti upang ang champagne ay hindi matapon mula sa mga baso. Sa kalagitnaan ng mesa, itinatabi niya ang mesa sa kabaligtaran at bumagal. Ngunit pagdating sa isang kumpletong paghinto, pinapanatili nitong muli itong patayo.

Ang mga atom ay tulad ng champagne sa ilang mga paraan. Maaari silang mailarawan bilang mga alon ng bagay na kumikilos tulad ng isang likido, hindi tulad ng isang bilyar na bola. Samakatuwid, ang sinumang nais na ilipat ang mga atomo mula sa isang lugar patungo sa iba pa nang mabilis hangga’t maaari ay dapat na kasing husay ng isang waitress ng Bagong Taon. Direktor ng pag-aaral na ito sa Institute of Applied Physics sa University of Bonn, Dr. “At kahit na, may isang limitasyon sa bilis na hindi matatalo ng transportasyong ito,” sabi ni Andrea Alberti.

Cesium atom bilang kapalit ng champagne

Eksperimento na sinisiyasat ng mga mananaliksik kung saan eksakto ang hangganan na ito sa kanilang pag-aaral. Gumamit sila ng cesium atomo sa halip na isang champagne at may dalawang laser beams na superimposed perpekto ngunit nakadirekta laban sa bawat isa bilang isang tray. Tinawag na interbensyon ng mga physicist, ang overlap na ito ay lumilikha ng isang nakatigil na alon ng ilaw: isang serye ng mga bundok at lambak na hindi pa una gumagalaw. “Na-load namin ang atomo sa isa sa mga lambak na ito at pagkatapos ay inilipat ang tumatayong alon – binago nito ang lokasyon ng lambak,” sabi ni Alberti. “Ang aming layunin ay upang makuha ang atom sa target na lokasyon sa lalong madaling panahon nang hindi dumadaloy sa labas ng lambak, upang magsalita.”

Laser Beams Applied Physics University of Bonn

Ang unang may-akda ay si Manolo Rivera Lam (kaliwa) at nangungunang mananaliksik sa Institute of Applied Physics sa University of Bonn, Dr. Andrea Alberti (kanan). Kredito: © Volker Lannert / Uni Bonn

Ang katotohanan na mayroong isang limitasyon ng bilis sa microcosm ay teoretikal na napatunayan nang higit sa 60 taon na ang nakalilipas ng dalawang pisiko ng Soviet na sina Leonid Mandelstam at Igor Tamm. Ipinakita nila na ang maximum na tulin ng isang proseso ng kabuuan ay nakasalalay sa kawalang katiyakan ng enerhiya, iyon ay, kung gaano “malaya” ang manipulasyong maliit na butil na may paggalang sa mga posibleng estado ng enerhiya: mas maraming masiglang kalayaang mayroon ito, mas mabilis ito. Halimbawa, kung ang isang atom ay naihatid, mas malalim ang lambak kung saan nakulong ang atom ng cesium, mas kumakalat ang mga enerhiya ng mga estado ng kabuuan sa lambak, at mas mabilis na maihatid ang atom bilang isang resulta. Ang isang bagay na katulad ay makikita sa halimbawa ng waiter: Kung ang mga baso ay punan lamang ang kalahati ng buo (sa kalungkutan ng mga panauhin), ang peligro ng pagbubuhos ng champagne ay bumababa habang pinapabilis at pinabagal. Gayunpaman, ang masiglang kalayaan ng isang maliit na butil ay hindi maaaring arbitraryong tumaas. “Hindi namin magagawang malalim ang aming lambak – maghahalaga ito sa amin ng maraming lakas,” sabi ni Alberti.

Beam mo ako Scotty!

Ang limitasyon ng bilis ng Mandelstam at Tamm ay isang pangunahing limitasyon. Gayunpaman, maaabot lamang ito ng isa sa ilalim ng ilang mga kundisyon, katulad ng mga system na may dalawang estado lamang sa kabuuan. “Sa aming kaso, halimbawa, nangyayari ito kapag ang pinagmulan at patutunguhan ay malapit na magkasama,” paliwanag ng pisiko. “Kung gayon ang bagay na alon ng atom sa parehong posisyon ay nag-o-overlap, at ang atom ay maaaring maihatid direkta sa target nito nang sabay-sabay, nang walang anumang paghinto sa pagitan – halos kagaya ng teleportation sa Starhip Trek’s Starship Enterprise.”

Limitahan ang Bilis ng Quantum World Mga Mananaliksik

Sa foyer ng Institute of Applied Physics sa University of Bonn (kaliwa hanggang kanan): Thorsten Groh, Manolo Rivera Lam, Prof. Sinabi ni Dr. Dieter Meschede at Dr. Andrea Alberti (lahat ang layo para sa kaligtasan ng corona). Kredito: © Volker Lannert / Uni Bonn

Gayunpaman, ang sitwasyon ay naiiba kapag ang distansya umabot sa ilang dosenang mga alon ng bagay, tulad ng sa eksperimento ng Bonn. Ang direktang teleportation ay imposible para sa mga distansya na ito. Sa halip, ang maliit na butil ay dapat dumaan sa maraming mga kalagitnaan ng estado upang makamit ang panghuli nitong layunin: Ang sistemang dalawang antas ay nagiging isang multi-level na system. Ipinapakita ng pag-aaral na ang isang mas mababang limitasyon sa bilis ay wasto para sa mga naturang proseso kaysa sa dalawang naisip ng pisisista ng Soviet: Natutukoy ito hindi lamang ng kawalan ng katiyakan sa enerhiya, kundi pati na rin ng bilang ng mga kalagitnaan ng estado. Sa ganitong paraan, nabubuo ng pag-aaral ang teoretikal na pag-unawa sa mga kumplikadong proseso ng kabuuan at kanilang mga hadlang.

Ang mga natuklasan ng physicist ay hindi bababa sa, computing ng kabuuan. Ang mga kalkulasyon na posible sa mga computer na kabuuan ay halos nakabatay sa pagmamanipula ng mga multi-level na system. Gayunpaman ang mga estado ng kabuuan ay napaka babasagin. Tumatagal lamang sila ng maikling panahon, kung ano ang tawag sa mga physicist na coherence period. Samakatuwid ito ay mahalaga upang magkasya bilang maraming mga kalkulasyon hangga’t maaari sa oras na ito. “Ang aming pag-aaral ay nagpapakita ng maximum na bilang ng mga transaksyon na maaari naming maisagawa sa isang oras ng pare-pareho,” paliwanag ni Alberti. “Ginagawa nitong posible na gamitin ito sa pinakamahusay na posibleng paraan.”

Pinagmulan: Manolo R. Lam, Natalie Peter, Thorsten Groh, Wolfgang Alt, Carsten Robens, Dieter Meschede, Antonio Negretti, Simone Montangero, Tommaso Calarco at Andrea Alberti, 19 Peb 2021, Physical Examination X.
DOI: 10.1103 / PhysRevX.11.011035

Ang pag-aaral ay pinondohan ng German Research Foundation (DFG) bilang bahagi ng Collaborative Research Center SFB / TR 185 OSCAR. Ang pagpopondo ay ibinigay din ng German Academic Exchange Service sa pakikipagtulungan ng Reinhard Frank Foundation at ng German Technion Community.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang pag-iimbak ng nababagong enerhiya sa mga bato sa halip na mga baterya ng lithium

Kapag may labis na kuryente mula sa hangin o solar na enerhiya, sisingilin ang supply ng enerhiya. Ginagawa ito gamit ang isang sistema...

Ang Flat Pasta ay Pinagbuti Na Ang Morphs Sa Hugis Kapag Luto

Pinangunahan ng CMU Lab ang pagbuo ng pasta na humuhubog kapag luto na. Kredito: Carnegie Mellon University Ang mga flat-pack noodle ay lumilikha ng...

Mga debate sa mga Dalubhasa: Na-diagnose ba ang PTSD?

Ang ilang mga klinika ay nag-aalala na post-traumatic stress disorder (PTSD) ang diyagnosis ay nadagdagan sa buong lipunan ng Kanluran mula pa noong huling...

Ang ilaw ng Zap ay nagpapalit ng mga kulay at pattern ng mga bagay

Ang bagong sistema ay gumagamit ng ilaw na UV na inaasahang sa mga bagay na natatakpan ng isang tinain na pinapagana ng ilaw upang...

Oo, Maaari kang Magkaroon ng Higit sa 150 Mga Kaibigan

Ang mga indibidwal ay maaaring mapanatili ang matatag na mga pakikipag-ugnay sa lipunan na may halos 150 katao. Ito ay isang mungkahi na...

Newsletter

Subscribe to stay updated.