Franken-Physics: Атомите Се Разделят На Две И Се Връщат Заедно

{h1}

Учените не само разделят атоми, но и ги връщат заедно, подвиг на квантова физика, който има технологични приложения.

Физиците току-що повишиха предястието си: не само, че разделят атоми, но дори и по-сложно, те ги върнаха заедно.

Тяхната тайна? Квантова физика. Екип от учени успя да „раздели“ атом в двете му възможни спинални състояния, нагоре и надолу, и да измери разликата между тях, дори след като атомът възобнови свойствата на едно състояние.

Изследването не беше просто време за квантови физици: може да бъде крачка към развитието на квантов компютър, начин за симулиране на квантови системи (тъй като изглежда фотосинтезата на растенията и други естествени процеси), които биха помогнали за решаването на сложни проблеми далеч повече по-ефективно, отколкото съвременните компютри могат.

Екипът от университета в Бон в Германия направи вариант на известния експеримент с двойни процепи, който показва как привидно твърдите частици (атоми, електрони и други подобни) могат да се държат като вълни. Изследователите открили, че могат да изпратят атом на две места наведнъж, разделени от 10 микрометра (една стотна от милиметъра - огромно разстояние за атом). [Графика: Обяснени най-малките частици на природата]

Двойни цепки

В класическия експеримент с двойни процепи атомите се изстрелват към стена с две разкъсвания в нея и преминават през другата страна, където се удрят в детектор, създавайки вида на интерференция, очакван от вълна. Ако атомите се държат по начина, по който интуитивно очакваме да се държат частиците, те трябва да излязат от едната или другата цепка, без модел на намеса. Тъй като все повече и повече атоми преминават през процепите, трябва да има клъстер от тях около двете точки зад процепите.

Тъй като това е квантова механика, това не се случва.

Вместо това има интерферентен модел, който показва върхове и долини. Атомите се държат като светлинни вълни. Атомът е на две места наведнъж.

Но ако се опитате да видите атома на едно или на двете места, той се „срутва“ в едно, тъй като актът на неговото наблюдение определя съдбата му; следователно моделът на интерференция изчезва.

Атомни близнаци

В експеримента в Бон изследователите изстрелвали два лазера последователно в един атом цезий, премествайки го вляво или вдясно. Лазерите позволиха на изследователите да контролират точно движението на атома по начин, по който старомодният двоен процеп не би. (Преди да задействат лазерите, изследователите охлаждат атома до косъм от абсолютна нула, елиминирайки по-голямата част от собственото му движение.)

Всеки атом има състояние на въртене, което е или нагоре, или надолу. Придвижвайки атома в две посоки наведнъж (използвайки и двата лазера), учените успяха да го направят „разцепен“. За разлика от разделянето на атом на неговите съставни субатомни частици, както се случва при радиоактивно разпад, в този случай атомът по същество се разделя на набор близнаци. Беше едновременно в две състояния - нагоре и надолу. [Усукана физика: 7 умопомрачителни констатации]

Не е възможно да видите и двете държави наведнъж. Ако човек се опита да измери състоянието на атома, той ще се „срине“ в едно състояние. Но когато човек погледне атома в края на своето пътуване, комбинацията от двете състояния може да бъде измерена.

Тъй като атомите - и другите квантови частици - се държат като вълни, те имат фази, точно както правят вълните. (Фазата е особената точка в цикъла на една вълна и се измерва чрез градуси. Две вълни, които са една и съща форма и 180 градуса извън фаза помежду си, ще се отменят една от друга, като едното корито се изравнява с гребена на другия. Вълните във фаза един с друг ще се добавят, като единият гребен се подравнява с другия гребен).

Лазерът изкривява фазата на вълната, когато премества атома вляво или вдясно. Така че сега има разлика във фазите на двете спинови състояния, когато атомът пристигне до местоназначението си и вече не е „разцепен“. Въпреки че не е възможно да се видят и двете състояния наведнъж, когато човек погледне атома в края на своето пътуване, комбинацията от двете състояния може да бъде измерена.

Контрол на кубитите

В допълнение към измерването на тази фазова разлика, изследователите също видяха "делокализация" - двойният път през пространството, който атомът предприема - на по-голямо разстояние от всякога досега, в скалата на микрометрите, за разлика от нанометрите.

Именно тази двойна природа, наречена суперположено състояние, от атоми би направила квантовите компютри толкова мощни. Битовете (известни като "кубити") могат да бъдат в повече от едно състояние наведнъж, което позволява изчисления, които биха отнели на обикновените компютри изключително дълго време. Това също означава, че квантовите компютри могат да бъдат полезни за симулиране на други квантови системи.

Физикът Андреа Алберти, един от съавторите на статията, каза, че затова в бъдеще изследователите искат да експериментират с повече атоми. "С два атома имате четири различни траектории, но само една е там, където те се" срещат "," каза той. Управлявайки фазата на повече атоми, имате повече битове. Човек би могъл да мисли за това като два бита във всичките четири възможни състояния наведнъж.

Не е ясно, каза той, какъв минимален брой битове ще са необходими за създаването на работещ квантов компютър. Но фактът, че учените могат да контролират фазовите състояния на един единствен атом, означава, че трябва да е възможно да се направи същото с повече от един.

Въпросът, каза Алберти, е да се изгради начин за симулиране на квантови системи. В момента това е трудно, защото изчисленията са толкова сложни. Но квантова изчислителна система се поддава на такива изчисления по-добре, отколкото прави класическият компютър.


Видео Добавка: .




Изследване


Страхотен „Усмихнат“ Червей, Изтръгнат От Дъното На Морето
Страхотен „Усмихнат“ Червей, Изтръгнат От Дъното На Морето

Италианските Физици Написаха Уравнение
Италианските Физици Написаха Уравнение "Перфектна Пица", Тъй Като Не Всички Герои Носят Пелерини

Наука Новини


Източник На Тайнствения Pftice
Източник На Тайнствения Pftice "Raft" В Тихия Океан Е Открит, Твърди Наса

Ураганът Дориан Прави Сушата На Нос Хатерас, Предприема Цел В Канада
Ураганът Дориан Прави Сушата На Нос Хатерас, Предприема Цел В Канада

Избухналите Звезди Може Да Поставят Човечеството На Две Крака
Избухналите Звезди Може Да Поставят Човечеството На Две Крака

Как Работят Мечтите
Как Работят Мечтите

Колоректалният Рак Се Повишава Рязко При По-Младите Американски Възрастни
Колоректалният Рак Се Повишава Рязко При По-Младите Американски Възрастни


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2019 BG.WordsSideKick.com