An artist’s rendering of the recent experiment.

ارائه یک هنرمند از آزمایش اخیر.
تصویرگری: TU DELFT / SCIXEL

A تیمی از فیزیکدانان در هلند و آلمان اخیراً دسته ای از اتم های تیتانیوم را در زیر میکروسکوپ تونل زنی قرار داده اند. این اتم ها در تعامل مداوم و ساکت با یکدیگر از طریق جهت چرخش خود هستند. در یک شاهکار هوشمندانه ، محققان توانستند خانه در یک جفت اتم قرار بگیرید ، یکی را زیپ کنید با یک جریان الکتریکی به منظور چرخش چرخش خود. آنها سپس واکنش شریک آن را اندازه گیری کردند.

هنگامی که دو اتم چرخش داشته باشند که به هم وابسته باشند ، آنها به طور کوانتومی در هم گره می خورند. این درهم تنیدگی به این معنی است که رفتار یک اتم تأثیر مستقیمی بر روی اتم دیگر دارد و تئوری می گوید این باید درست باقی بماند حتی زمانی که آنها با مسافت زیاد . در این حالت ، اتم های تیتانیوم کمی بیش از یک نانومتر (یک میلیونم میلی متر) از هم فاصله داشتند ، به اندازه کافی نزدیک بودند تا این دو ذره بتوانند با یکدیگر تعامل داشته باشند ، اما به اندازه کافی دور از هم باشند که تعامل توسط ابزارهای تیم قابل تشخیص باشد.

“یافته اصلی این است که ما قادر به مشاهده چگونگی رفتار چرخش های اتمی در طول زمان در نتیجه تعامل متقابل آنها هستیم” ، گفت: فیزیکدان کوانتوم در انستیتوی علوم نانو کاولی در دانشگاه صنعتی دلفت در هلند. اوته در یک ایمیل توضیح داد که دانشمندان قبلاً قادر به اندازه گیری قدرت چرخش های مختلف اتمی و تأثیر آن در سطح انرژی اتم بودند. اما این آزمایش به آنها این امکان را می داد که به مرور زمان این تعامل را مشاهده کنند.

یک امید بزرگ فیزیک تجربی این است که روزی محققان قادر خواهند بود برهم کنش های کوانتومی را به دلخواه شبیه سازی کنند ، یک سیستم کوانتومی همانطور که مناسب می دانند و مشاهده نحوه بازی مکانیک کوانتوم. در واقع ، محققان این کار را انجام دادند ، یک اقدام خاص را در یک اتم آغاز کردند و مشاهده کردند که اتم در همسایگی چگونه واکنش نشان می دهد.

“این نمایش بسیار خوبی از “شبیه ساز کوانتوم” بسیار ساده است. “، الا لاچمن ، فیزیکدان کوانتومی از دانشگاه برکلی که در مطالعه جدید نقش نداشت ، گفت. “با کنترل موقعیت اتم ها ، می توانیم از نظر تئوری یک نمونه از شبکه یا هر سیستمی که می خواهیم پویایی آن را مطالعه کنیم ، بسازیم.”

تیم تصمیم گرفت با اتمهای تیتانیوم کار کند زیرا آنها کمترین گزینه ممکن را برای چرخش خود دارند – بالا یا پایین. اتم های تیتانیوم بر روی یک سطح اکسید منیزیم متصل می شوند ، و آنها را برای بررسی در محل نگه می دارد. چسبیده به آن سطح که تقریباً در یک درجه سانتیگراد کلوین یا 457/87-فارنهایت در خلا-نگهداری می شد ، می توان اتمها را به صورت جداگانه توسط فیزیکدانان زیر نوک میکروسکوپ برداشت (یک کلاس ویدئو نشان دادن نحوه عملکرد آن). سپس آنها می توانند چرخش های اتم را با فشردن یک اتم در یک جفت با نبض الکتریکی معکوس کنند ، و واکنش فوری همسایه را تحریک می کند. اوت گفت ، این واکنش ها از طریق قوانین مکانیک کوانتوم قابل پیش بینی هستند. (اگر بگویید “knock knock” ، مطمئن باشید که ذره بعدی جواب خواهد داد “چه کسی آنجاست؟”) کل این فرایند حدود 15 نانو ثانیه یا 15 میلیاردیم ثانیه به طول انجامید. تحقیقات آنها منتشر شده امروز در Science.

” زمان و نبوغ نشان خواهد داد که آیا این یک نمایش آزمایشی جالب از یک مدل اسباب بازی است یا چیزی عمیق تر. پتانسیل وجود دارد. “

روش های دیگری نیز وجود دارد خواندن به دنیای کوانتوم دانشمندان با تغییر دادن چرخش یک ، می توانند فعل و انفعالات بین اتم ها را حدس بزنند ، اما این ارتباط بین دو طرف بسیار سریع اتفاق می افتد ، به طوری که روش مشاهده معمول ، مانند تکنیک رزونانس چرخش ، نمی تواند آن را انتخاب کند. محققان کوانتومی اغلب از پالس های مایکروویو استفاده می کنند برای اینکه اتمها حالت خود را تغییر دهند یا مکانیک کوانتومی را مشاهده کنند ، اما این روش پالس الکتریکی به تیم توانایی درک بیشترین دقیقه برهمکنش های دقیقه را می دهد. معادل DM اتم به اتم.

لوكاس ولدمن ، فیزیكدان كوانتوم در انستیتوی علوم نانوایی كاولی در دلفت گفت: “روش هایی مانند روش تشدید چرخش” بسیار كوتاه هستند. ” دانشگاه فنی ، در یک دانشگاه Delft انتشار . “شما به سختی چرخش یکی را شروع کرده اید قبل از اینکه چرخش چرخانده شود. به این ترتیب هرگز نمی توانید بررسی کنید که با قرار دادن دو چرخش در جهت مخالف چه اتفاقی می افتد. “

The microscope used in the team’s recent experiment.
میکروسکوپ مورد استفاده در آزمایش اخیر تیم.
تصویر: TU Delft / Unisoku

جادوی واقعی اوت گفت: “این خط تحقیقاتی هنوز نیامده است. در حالی که این تشخیص ، چرخش چرخش بین دو اتم را ترسیم می کند ، با هر اتمی که به این معادله اضافه می کنید ، اوضاع بسیار پیچیده تر می شود. شما می توانید به یک بازی تلفن فکر کنید که در آن شرکت کنندگان هر دو می توانند پیام را همراه داشته و در عین حال زمزمه کنند b راهی که آمد پیام هایی که از جهات مختلف می آیند شروع به تلاقی می کنند و سخنان را فریب می دهند.

“مثل همیشه ، مدل های اسباب بازی خوب هستند ، اما وقتی پیچیدگی مورد علاقه واقعی آنها را به آنها اضافه کنیم ، س ofالات اندازه گیری و تفسیر آنها مطرح می شود پیچیده تر ، “لاچمن گفت. “آیا آنها می توانند آزمایش مشابهی را با سه اتم انجام دهند در حالی که فقط یک اندازه گیری دارند؟ احتمالاً بله ، اما تفسیر اندازه گیری پیچیده تر می شود. ده اتم چطور؟ بیست؟ زمان و نبوغ نشان خواهد داد که آیا این یک نمایش تجربی جالب از یک مدل اسباب بازی است یا چیزی عمیق تر. پتانسیل وجود دارد. “

اوت همچنین بر چالش های ذهن خم کننده فراتر رفتن از یک سیستم ساده دو اتمی تأکید کرد. “اگر ما به 20 چرخش افزایش دهیم ، لپ تاپ من دیگر نمی تواند آنچه را که اتفاق می افتد محاسبه کند. با 50 چرخش ، بهترین ابر رایانه های جهان تسلیم می شوند و موارد دیگر. ” “اگر ما هرگز بخواهیم دقیقاً بفهمیم که چگونه رفتار پیچیده برخی مواد به وجود آمده است (یک مثال عالی ابررسانایی است) ، ما باید مواد را از ابتدا” بسازیم “و ببینیم که چگونه قوانین فیزیک از 10 به 100 افزایش می یابد تا 1000 اتم. ” ابررسانایی به موادی گفته می شود که می توانند الکتریسیته را با مقاومت صفر منتقل کنند ، چیزی که در حال حاضر در دمای بسیار سرد امکان پذیر است. به همین دلیل توسعه یک ابررسانای دمای اتاق یک جام مقدس فیزیک است . این کاملاً دنیا را تغییر خواهد داد.

اما با دریافت این تعداد بزرگتر می توانید جوایز نهایی را دریافت کنید. به جای گوش دادن به یک قلب و قلب اتمی ، محققان سرانجام می توانستند سوپرم مکالمه های کوانتومی با بسیاری از اتم ها را هنگام چرخش به این سو و آن طرف بشنوند. مطمئناً برای چنین موارد نامناسبی به رایانه های بهتری احتیاج داریم ، اما حتی کوچکترین تعاملات نیز به عنوان شروع کننده مکالمه بزرگتر ، اهمیت صمیمانه خود را دارند.

موارد بیشتر: کامپیوترهای کوانتومی چه زمانی از رایانه های معمولی بهتر عمل می کنند؟