دانشمندان با یک دونفره پیچیده درام از اثرات کوانتومی پیشی می گیرند



یکی از ناخوشایندترین نتایج مکانیک کوانتوم ، کشف این واقعیت است که عمدتاً یک توهم ثابت است. مکانیک کوانتوم فقط یک تئوری میکروسکوپ نیست: همه مواد در اصل کوانتومی هستند – اتفاق می افتد که مشاهده اثرات کوانتومی عجیب در هر چیزی بزرگتر از چند اتم دشوار است. مانند سایه های چشمک زدن روی دیوار در تمثیل غار افلاطون ، وجود اجرام ماکروسکوپی ، به اصطلاح “کلاسیک” به سادگی سایه ای است که توسط اشکال کوانتومی واقعی آنها ایجاد می شود. این برای فیزیکدانانی که بیش از یک قرن در دنیای کوانتوم تحریک شده اند و بیشتر نگران فروپاشی ساختمان واقعیت هستند ، خبری نیست.

دو مقاله جدید منتشر شده در پنجشنبه در علوم پایه تغییر مرزهای تأثیرات کوانتومی که فیزیکدانان می توانند در مقیاس کلان بدست آورند. هر دو مطالعه اثرات مشابهی را در “طبل” های آلومینیومی نازک در اندازه سلول های قرمز خون مشاهده کردند. در اولین مطالعه ، محققان آمریکایی و اسرائیلی به طور مستقیم و قابل اعتماد درهم تنیدگی کوانتومی بین طبل ها را اندازه گیری کردند. و مطالعه دوم ، به رهبری یک تیم فنلاندی ، طبل های درهم را اندازه گیری کرد ، در حالی که از “اقدام معکوس” ، سر و صدای اجتناب ناپذیر مرتبط با عمل تلاش برای اندازه گیری موقعیت و اینرسی جسم ، جلوگیری کرد.

در دنیای کلاسیک هیچ محدودیتی نظری برای دقت چنین اندازه گیری هایی وجود ندارد. اما اصل عدم اطمینان ، که توسط فیزیکدان آلمانی ورنر هایزنبرگ در دهه 1920 فرموله شد ، بیان می کند که یک محدودیت اساسی در شناختن موقعیت و اینرسی یک جسم مانند یک درام وجود دارد. Aashish Klerk ، یک فیزیکدان علوم تغلیظ شیکاگو گفت: “ترفندهای توصیف شده در این دو سند ، روشهایی برای جلوگیری از محدودیت اندازه گیری نیروهایی است که از اصل عدم قطعیت هایزنبرگ فکر می کنید.” دانشگاهی که در آن شرکت نکرده یا مطالعه نکرده است.

درهم تنیدگی و اجتناب از برگشت ، قبلاً در سیستم های ماکروسکوپی مشاهده شده بود ، اما به روش های مختلف و شاید محدودتر. در سال 2018 ، گروه دیگری از محققان دو نوار سیلیکون ببافید. آزمایش های دیگر حتی ارتعاشات پیچیده در الماس. هنوز هم ترفندهایی که اخیراً هر دو تیم نشان داده اند علوم پایه اسناد به آنها امکان می دهد تا با هشدارهای بسیار کمتری بر اثرات کوانتومی نظارت کنند.

یوآن چو ، محقق کوانتومی در انستیتوی فناوری فدرال سوئیس در زوریخ که در هیچ یک از تحقیقات درگیر نبود ، گفت: “ما در اینجا چیز جدیدی در مورد مکانیک کوانتوم نمی یابیم.” وی گفت ، اما دستیابی به این اندازه ها هنوز به “پیشرفت های بسیار چشمگیر فناوری” نیاز دارد.

این مقام علمی می گوید: این زمینه تحقیق مرموز یک هدف اصلی ساده دارد: “قرار دادن چیزی بزرگ در حالت کوانتومی”. این برنامه ها از رایانه های کوانتومی گرفته تا مشکلات فیزیکی که به دقت زیر اتمی نیاز دارند ، مانند تشخیص ماده تاریک یا امواج گرانشی.

برخی از محققان ، مانند میکا سیلانپو ، فیزیکدان دانشگاه آلتو فنلاند و از نویسندگان مقاله دوم ، می خواهند اثرات کوانتومی حساس را اندازه گیری کنند ، اما به دلیل ماهیت کلاسیک ابزار اندازه گیری ماکروسکوپی آنها محدود است. سیلانپیا با ورود تأثیرات کوانتومی به حوزه ماکروسکوپی – یا به عبارت دیگر ، بازگشت اجسام کلاسیک به خویشتن کوانتومی واقعی آنها امیدوار است که گرانش کوانتومی را مطالعه کند.

پیشرفت در فناوری کوانتوم گاهی اوقات برای سود بالقوه آن برای مصرف کنندگان تبلیغ می شود. سیلانپایا با خشکی می گوید ، تحولات جدید اگرچه مهیج است اما “مخصوص تلفن های همراه نیست”.

گره زدن طبل ها

برای توضیح درهم تنیدگی کوانتومی ، تقریباً بیشتر از هر پدیده دیگری در فیزیک تشبیه شده است. شلومی کوتلر ، فیزیکدان انستیتوی ملی استاندارد و فناوری و از نویسندگان مقاله اول ، یک تعریف ساده ارائه می دهد: اشیا وقتی که موقعیت یا لحظه آنها با دقت بیشتری شناخته شود ، نسبت به عدم اطمینان اولیه آن موقعیت ها یا انگیزه ها ، درهم پیچیده می شوند. درهم تنیدگی به سادگی همبستگی بین اجسام است – چه آنها الکترون باشند و چه درام های آلومینیومی به اندازه میکرون – که بیش از آن چیزی است که فقط با اتصال کلاسیک ممکن است.

برای رسیدن به درهم تنیدگی ، دو تیم درام های آلومینیومی را دقیق تنظیم کردند ، آنها را بر روی یک تراشه کریستال قرار دادند ، تنظیمات را صفر مطلق خنک کردند و سپس با یک پالس تابش مایکروویو به دو طبل ضربه زدند.

جان توفل ، فیزیکدان NIST و از نویسندگان مقاله اول گفت: “این دو طبل به طور مکانیکی اصلاً با یکدیگر صحبت نمی کنند.” “مایکروویوها به عنوان واسطه ای عمل می کنند که به آنها امکان می دهد با یکدیگر صحبت کنند. و سخت ترین قسمت این است که اطمینان حاصل کنیم آنها با صدای بلند صحبت می کنند بدون اینکه شخص دیگری در جهان از آنها اطلاعاتی کسب کند. “

تحت تأثیر مایکروویوها ، هر درام مرتعش می شود و تقریباً به عرض پروتون بالا و پایین می رود. این حرکت جزئی به عنوان تغییر ولتاژ مدار متصل به درام ها دیده می شود.

توفل می گوید: “درهم تنیدگی حرکت دو اتم در حال حاضر یک آزمایش قهرمانانه دشوار است.” برای مقایسه ، هر درام تقریباً یک تریلیون اتم دارد. بعلاوه ، در حالی که ذرات منفرد حالتهای کوانتومی گسسته ای مانند چرخش به بالا یا پایین دارند ، طبل ها هنگام لرزش می توانند در توزیع مداوم دامنه ها یا فواصل ارتعاش باشند.

اما اگر طبل ها به اندازه کافی حساس باشند که توسط پالس مایکروویو گره خورده و نسبتاً بی صدا باشند ، دامنه آنها به شدت همبسته خواهد شد. اندازه گیری دامنه یک درام به شما می گوید دامنه درام چقدر است. به عنوان مثال ، اگر یک درام با دامنه بالا اندازه گیری شود ، دیگری باید دامنه کم داشته باشد.

کارمند می گوید: “شما فقط برای اندازه گیری های خود به یک نسبت سیگنال به نویز واقعا و واقعا خوب احتیاج دارید.” “این احتمالاً اولین آزمایش روی این نوع سیستم برای دستیابی به این هدف است.”

در واقع ، این نسبت به قدری کم است که امکان پذیر است نگاه کن اثر درهم تنیدگی به سادگی با ترسیم رابطه فضایی بین موقعیت های دو طبل. در آنجا ، در هزاران نقطه داده ، یک همبستگی عجیب وجود دارد – اثبات اینکه واقعیت کلاسیک دو طبل جداگانه سایه ای از یک حقیقت عمیق تر است ، که در آن آمیختن آنها را به یک شی کوانتومی واحد تبدیل می کند.

پنهان شدن از هایزنبرگ

تیم دوم به جای اینکه بارها و بارها به حلقه ها ضربه بزند تا آنها را درگیر کند ، یک گره طولانی مدت با روشی ایجاد کرد که بیشتر به یک طبل شباهت داشت تا یک ضربه. با ایجاد این حالت پایدار ، محققان توانسته اند اندازه گیری های بسیاری از همان درهم تنیدگی را انجام دهند تا از اصل عدم اطمینان هایزنبرگ “جلوگیری کنند”.

این اصل اغلب با بیان اینکه هر اندازه گیری ، هرچقدر کوچک باشد ، باید با یک جسم برخورد کند ، عدم اطمینان را توصیف می کند. “اصل عدم اطمینان می گوید برخی موارد وجود دارد [for which] شما مجاز به اندازه گیری کامل هر دو نیستید ، “کارمند می گوید. “چیزهای دیگری هم هست [for which] اندازه گیری همزمان و کاملاً کاملاً خوشحال است.

به عنوان مثال ، محدودیتی در میزان دقیق دانستن موقعیت یا اینرسی یک جسم وجود ندارد. این مشکل زمانی بوجود می آید که بخواهید همزمان هر دو را اندازه بگیرید. اجتناب از اثر معکوس راهی برای دور زدن این محدودیت بدون نقض واقعی دستورات هایزنبرگ است. به جای اندازه گیری موقعیت و اینرسی هر درام منفرد ، سیلانپو و همکارانش اساساً مجموع ترکیبی اینرسی درام را با تأثیر آن بر ولتاژ مدار اندازه گیری می کنند.

“هیچ چیز اصل عدم اطمینان هایزنبرگ را نقض نمی کند. چو گفت: “شما فقط مجموعه ای از س questionsالات را انتخاب کرده اید که در آن س questionsالاتی را که ممنوع است نپرسید.”

امکانات دقت نشان داده شده توسط این دو آزمایش جذاب است. دشوار است تصور کنید که چنین درام هایی می توانند روزی برای حفر اثرات کوچک گرانش کوانتوم روی یک پیشخوان یا به عنوان بخشی از رله در یک شبکه کوانتومی استفاده شوند.

اما شاید جذاب ترین جنبه کار ، فراتر از هر کاربردی ، این باشد که به سادگی ما را به ماهیت واقعی کوانتوم جهان نزدیک می کند. کوتلر گفت: “آنچه شما هر روز می بینید سایه است.” “اما با تکنیک های مناسب ، می بینید که درهم تنیدگی وجود دارد ، آماده استفاده برای مرحله بعدی است.”


منبع: khabar-nab.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*