Franken-Fysiikka: Atomit Jakautuvat Kahteen Ja Asetetaan Takaisin Yhteen

{h1}

Tutkijat eivät ole jakaneet vain atomia, vaan he ovat myös asettaneet ne yhteen, kvanttifysiikan, jolla on teknologisia sovelluksia.

Fyysikot ovat vain lisänneet ante: Ei vain, että he jakavat atomeja, mutta jopa vaikeampia, he ovat palauttaneet ne yhteen.

Heidän salaisuutensa? Kvanttifysiikka. Tutkijaryhmä pystyi "jakamaan" atomin kahteen mahdolliseen spin-tilaansa ylös ja alas ja mittaamaan niiden välisen eron sen jälkeen, kun atomi aloitti uudelleen yhden valtion ominaisuuksia.

Tutkimus ei ollut pelkästään aikataulu kvanttifysiikan harjoittajille: Se voisi olla kulmakivi kvantti-tietokoneen kehittämiseksi, tapa simuloida kvanttijärjestelmiä (kuten kasvien fotosynteesi ja muut luonnolliset prosessit näyttävät olevan), mikä auttaisi ratkaisemaan monimutkaisia ​​ongelmia paljon enemmän tehokkaasti kuin nykyaikaiset tietokoneet voivat.

Bonnin yliopistossa Saksassa tehtiin vaihtelu kuuluisasta kaksoisjälkikokeesta, joka osoittaa, kuinka näennäisesti kiinteät hiukkaset (atomeja, elektroneja ja vastaavia) voivat käyttäytyä kuin aallot. Tutkijat havaitsivat, että he voisivat lähettää atomin kahteen paikkaan kerralla, erotettuna 10 mikrometrillä (sadasosa millimetristä - valtava etäisyys atomista). [Graafinen: Luonnon pienimmät hiukkaset selitetty]

Kaksinkertaiset raot

Klassisessa kaksoisjälkikokeessa atomeja ammutetaan seinälle, jossa on kaksi taukoa, ja ne kulkevat toiselle puolelle, missä ne osuvat ilmaisimeen, mikä luo aallon odotettavissa olevan häiriökuvion. Jos atomit käyttäytyvät tapaa, jolla odotamme intuitiivisesti, että hiukkaset käyttäytyvät, niiden pitäisi näkyä yhdestä raosta tai toisesta, ilman häiriökuviota. Kun yhä useammat atomit kulkivat raon läpi, niiden rungon takana olisi oltava klusteri niitä kahden pisteen ympärillä.

Koska tämä on kvanttimekaniikka, se ei ole mitä tapahtuu.

Sen sijaan on häiriökuvio, joka näyttää huiput ja laaksot. Atomit käyttäytyvät kuin aallot. Atomi on kahdessa paikassa kerralla.

Mutta jos yrität nähdä atomin yhdessä tai molemmissa paikoissa, se "romahtaa" yhteen, sillä tarkkailun teko määrittelee sen kohtalon; häiriökuvio häviää.

Atomin kaksoset

Bonnin kokeessa tutkijat ampuivat kaksi laseria peräkkäin yhdellä cesiumin atomin kohdalla siirtäen sen vasemmalle tai oikealle. Laserit antoivat tutkijoille mahdollisuuden ohjata atomin liikettä tarkasti tavalla, jolla vanhanaikaisella kaksoisliuskalla ei olisi. (Ennen lasertulostusta tutkijat jäähdyttivät atomin absoluuttisen nollan hiuksille, eliminoivat suurimman osan omaa liikkumistaan.)

Jokaisella atomilla on spin-tila, joka on joko ylös tai alas. Siirtymällä atomi kahteen suuntaan kerralla (käyttäen molempia lasereita), tutkijat pystyivät tekemään sen "split". Toisin kuin atomin jakaminen sen ainesosiksi subatomisiin hiukkasiin, kuten tapahtuu radioaktiivisessa hajoamisessa, tässä tapauksessa atomi jakautui olennaisesti joukkoon kaksosia. Se oli kahdessa tilassa yhtä aikaa - ylös ja alas. [Twisted Physics: 7 Mind-Blowing Findings]

Ei ole mahdollista nähdä molempia valtioita kerralla. Jos joku yrittää mitata atomin tilan, se "romahtaisi" yhdeksi tilaksi. Mutta kun katsomme atomiä matkan lopussa, kahden valtion yhdistelmää voidaan mitata.

Koska atomit ja muut kvanttihiukkaset käyttäytyvät kuin aallot, niillä on vaiheita, samoin kuin aallot. (Vaihe on aallon syklin erityinen kohta ja mitataan asteittain. Kaksi aallokkoa, jotka ovat samanmuotoisia ja 180 astetta vaiheittain toistensa kanssa, kumoavat toisiaan ulos, kun hänen kourunsa kohdistuu toisten päähän. Aallot keskenään yhdistävät, kun yksi harja kohdistuu toisen harjan kanssa.

Laser vääristää aaltofaasia, kun se siirtää atomin vasemmalle tai oikealle. Niinpä kahden spin-tilan vaiheissa on nyt eroa, kun atomi saapuu määränpäähänsä eikä enää hajota. Vaikka ei ole mahdollista nähdä molempia valtioita kerralla, kun katsotaan atomia matkan lopussa, kahden valtion yhdistelmää voidaan mitata.

Ohjauksen valvonta

Tämän vaihe-eron mittaamisen lisäksi tutkijat näkivät myös "delokalisoitumisen" - kaksoispolku avaruuteen, jonka atomi vie - pidemmällä etäisyydellä kuin koskaan ennen, mikrometrien mittakaavassa verrattuna nanometreihin.

Se on tämä kaksoisluonto, jota kutsutaan päällekkäiseksi tilaksi, atomeista, jotka tekisivät kvantti-tietokoneita niin tehokkaiksi. Bitit (tunnetaan nimellä "qubits") voivat olla useammassa kuin yhdessä tilassa kerralla, mikä mahdollistaa laskelmat, jotka vaatisivat tavallisia tietokoneita erittäin kauan. Se tarkoittaa myös sitä, että kvanttiset tietokoneet voisivat olla hyödyllisiä muiden kvanttijärjestelmien simuloinnissa.

Fyysikko Andrea Alberti, yksi paperin kirjoittajista, sanoi, että tämän vuoksi tutkijat haluavat tulevaisuudessa kokeilla enemmän atomia. "Kahdella atomilla sinulla on neljä erilaista reittiä, mutta vain yksi on paikka, jossa ne kohtaavat", hän sanoi. Hallitsemalla useampien atomien vaihetta, sinulla on enemmän bittejä. Voisi ajatella sitä kahden bittina kaikissa neljässä mahdollisessa tilanteessa kerralla.

Ei ole selvää, hän sanoi, mikä vähimmäismäärän bittejä tarvitaan tarvittavan kvantti-tietokoneen tekemiseen. Mutta se, että tutkijat voivat ohjata yksittäisen atomin vaiheita, on mahdollista tehdä sama asia useammalla kuin yhdellä.

Asiaa, Alberti sanoi, on rakentaa tapa simuloida kvanttijärjestelmiä. Juuri nyt se on vaikeaa, koska laskelmat ovat niin monimutkaisia. Mutta kvantti-laskentajärjestelmä kykenee tällaisiin laskelmiin paremmin kuin klassinen tietokone.

Franken-Fysiikka: Atomit Jakautuvat Kahteen Ja Asetetaan Takaisin Yhteen


Video Täydentää: .




Tutkimus


Globaalin Ilmastonmuutoksen Paikallisten Vaikutusten Mallintaminen
Globaalin Ilmastonmuutoksen Paikallisten Vaikutusten Mallintaminen

Spanking Tekee Lapsille Enemmän Hajua, Tutkimukset Ehdota
Spanking Tekee Lapsille Enemmän Hajua, Tutkimukset Ehdota

Tiede Uutiset


Miten Kantasolujen Kloonaus Toimii (Infographic)
Miten Kantasolujen Kloonaus Toimii (Infographic)

6 Kysymyksiä Miehelle, Jolla Oli Sukupuoli Kuun Kohdalla
6 Kysymyksiä Miehelle, Jolla Oli Sukupuoli Kuun Kohdalla

Miksi Punainen On Tällainen Voimakas Väri
Miksi Punainen On Tällainen Voimakas Väri

Vahvistettu: Koira Ymmärtää Mitä Sanot
Vahvistettu: Koira Ymmärtää Mitä Sanot

Kävely, Jopa Pieni, Voi Auttaa Vanhempia Aikuisia Elämään Pidempään
Kävely, Jopa Pieni, Voi Auttaa Vanhempia Aikuisia Elämään Pidempään


FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2024 FI.WordsSideKick.com