Evitați principiul incertitudinii din fizica cuantică

Schița tobei încâlcite. Credit: Universitatea Aalto

Noua tehnică obține pentru prima dată o regulă a fizicii cuantice centenare.

Principiul incertitudinii, introdus pentru prima dată de Werner Heisenberg la sfârșitul anilor 1920, este un concept fundamental al mecanicii cuantice. În lumea cuantică, particulele precum electronii care alimentează toate produsele electrice se pot comporta, de asemenea, ca undele. Ca urmare, particulele nu pot avea o poziție și un impuls bine definite simultan. De exemplu, măsurarea impulsului unei particule duce la o modificare a poziției și, prin urmare, poziția nu poate fi definită cu precizie.

În cercetările recente, publicate în Ştiinţă, o echipă condusă de profesorul Mika Sillanpää la Universitatea Aalto din Finlanda a demonstrat că există o modalitate de a eluda principiul incertitudinii. Echipa a inclus-o pe Dr. Matt Woolley de la Universitatea din New South Wales, Australia, care a dezvoltat modelul teoretic al experimentului.

În loc de particule elementare, echipa a efectuat experimentele folosind obiecte mult mai mari: două tobe vibrante, o cincime din lățimea unui păr uman. Tobele au fost constrânse cu atenție pentru a se comporta cuantic mecanic.

„În lucrarea noastră, tobei prezintă o mișcare cuantică colectivă. Tamburele vibrează într-o fază opusă între ele, astfel încât atunci când una dintre ele se află într-o poziție finală a ciclului de vibrații, cealaltă este în poziție opusă în același timp. În această situație, incertitudinea cuantică a mișcării tamburilor este anulată dacă cele două tamburi sunt tratate ca o entitate mecanică cuantică ”, explică autorul principal al studiului, Dr. Laure Mercier de Lepinay.

Aceasta înseamnă că cercetătorii au putut măsura simultan poziția și impulsul celor două capete de tambur, ceea ce nu ar trebui să fie posibil în conformitate cu principiul incertitudinii lui Heisenberg. Încălcarea regulii le permite să caracterizeze forțele extrem de slabe care conduc tobele.

„Unul dintre tamburi răspunde la toate forțele celuilalt tambur în mod opus, cu o masă negativă”, spune Sillanpää.

În plus, cercetătorii au profitat și de acest rezultat pentru a furniza cele mai puternice dovezi de până acum că astfel de obiecte mari pot prezenta ceea ce este cunoscut sub numele de încurcătură cuantică. Obiectele încurcate nu pot fi descrise independent unele de altele, deși pot avea o separare spațială arbitrar de mare. Intercalarea permite perechilor de obiecte să se comporte într-un mod care contrazice fizica clasică și este resursa cheie a tehnologiilor cuantice emergente. Un computer cuantic poate, de exemplu, să efectueze tipurile de calcule necesare pentru a inventa medicamente noi mult mai repede decât orice supercomputer.

În obiectele macroscopice, efectele cuantice, cum ar fi încurcarea, sunt foarte fragile și sunt ușor distruse de orice perturbare a mediului înconjurător. Prin urmare, experimentele au fost efectuate la o temperatură foarte scăzută, cu doar o sutime de grad peste zero absolut la -273 grade.

În viitor, grupul de cercetare va folosi aceste idei în teste de laborator cu scopul de a testa interacțiunea mecanicii cuantice și a gravitației. Tamburele vibrante pot servi și ca interfețe pentru conectarea nodurilor de rețea cuantică distribuite pe scară largă.

Referință: „subsistemul de mecanică cuantică gratuită cu oscilatoare mecanice” de Laure Mercier de Lépinay, Caspar F. Ockeloen-Korppi, Matthew J. Woolley și Mika A. Sillanpää, 7 mai 2021, Ştiinţă.
DOI: 10.1126 / science.abf5389

Grupul lui Sillanpää face parte din Centrul Național de Excelență, Quantum Technology Finland (QTF). Cercetarea a fost realizată prin intermediul OtaNano, o infrastructură națională de cercetare cu acces deschis, care oferă un mediu de lucru de ultimă generație pentru cercetarea competitivă în domeniul nanoștiinței și tehnologiei și în tehnologiile cuantice. OtaNano este găzduit și operat de Universitatea Aalto și MTB.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.