Protokol, Büyük Nesnelerin Kuantum Doğasını Test Etmeyi Kolaylaştırabilir - Fizik Dünyası

Büyük nesnelerin kuantum doğasını test etmek için (prensipte her kütledeki nesneler için işe yarayabilecek) bir protokol, Birleşik Krallık ve Hindistan'daki araştırmacılar tarafından önerildi. Protokolün önemli bir özelliği, kuantum mekaniğinin büyük ölçeklerde geçerli olup olmadığını test etmek için makroskobik bir kuantum durumu oluşturma ihtiyacını ortadan kaldırmasıdır. Ancak bazı fizikçiler araştırmanın önemli bir ilerleme sağladığına inanmıyor.

Kuantum mekaniği atomları, molekülleri ve elektronlar gibi atom altı parçacıkları tanımlama konusunda harika bir iş çıkarıyor. Ancak daha büyük nesneler genellikle dolaşma ve süperpozisyon gibi kuantum davranışları göstermez. Bu, hassas kuantum durumları gürültülü ortamlarla etkileşime girdiğinde ortaya çıkan kuantum eşevresizliği açısından açıklanabilir. Bu durum makroskobik sistemlerin klasik fiziğe göre davranmasına neden olur.

Kuantum mekaniğinin makroskopik ölçeklerde nasıl bozulduğu yalnızca teorik olarak büyüleyici değil, aynı zamanda kuantum mekaniğini Albert Einstein'ın genel görelilik teorisiyle uzlaştıran bir teori geliştirme girişimleri açısından da çok önemlidir. Bu nedenle fizikçiler giderek daha büyük nesnelerdeki kuantum davranışını gözlemlemeye meraklıdır.

Zorlu mücadele

Makroskobik kuantum durumları oluşturmak ve onları kuantum davranışlarını gözlemlemeye yetecek kadar uzun süre korumak, tuzakta tutulan atomlardan veya moleküllerden çok daha büyük nesnelerle uğraşırken zorlu bir iştir. Gerçekten de, biri ABD'de, diğeri Finlandiya'da olmak üzere iki bağımsız grup tarafından titreşen makroskobik davul kafalarının (her biri 10 mikron boyutunda) kuantum dolaşıklığı şu şekilde seçilmiştir: Fizik Dünyası 2021 yılının atılımı ekiplerin deneysel becerileri için.

Yeni protokol Leggett-Garg eşitsizliğinden esinlenmiştir. Bu, iki nesnenin durumlarının ölçümleri arasındaki korelasyondan kuantum mekaniği açısından dolaşık olup olmadığını değerlendiren Bell eşitsizliğinin bir modifikasyonudur. Bell eşitsizliği ihlal edilirse ölçümler o kadar iyi ilişkilendirilir ki, eğer durumları bağımsız olsaydı, bilginin nesneler arasında ışıktan daha hızlı hareket etmesi gerekirdi. Süperluminal iletişimin imkansız olduğu düşünüldüğünden, bir ihlal kuantum dolaşıklığın kanıtı olarak yorumlanıyor.

Leggett-Garg eşitsizliği aynı prensibi aynı nesnenin sıralı ölçümlerine de uygular. Nesnenin bir özelliği, eğer klasik (kuantum olmayan) bir nesne ise, ilk olarak müdahalesiz olacak şekilde ölçülür. Daha sonra başka bir ölçüm yapılır. Eğer nesne klasik bir varlıksa, ilk ölçüm ikinci ölçümün sonucunu değiştirmez. Bununla birlikte, nesne bir kuantum dalga fonksiyonu tarafından tanımlanmışsa, ölçüm eyleminin kendisi onu bozacaktır. Sonuç olarak, ardışık ölçümler arasındaki korelasyonlar, nesnenin klasik mekaniğe mi yoksa kuantum mekaniğine mi uyduğunu ortaya çıkarabilir.

Salınımlı nanokristal

2018 yılında teorik fizikçi Sugato Bose University College London'dan ve meslektaşları, optik harmonik bir tuzakta ileri geri salınan soğutulmuş bir nanokristal üzerinde böyle bir test yapmayı önerdiler. Nanokristalin konumu, bir ışık ışınının tuzağın bir tarafına odaklanmasıyla belirlenecek. Işık saçılmadan geçiyorsa nesne tuzağın diğer tarafındadır. Daha sonra tuzağın aynı tarafı gözlemlenerek Leggett-Garg eşitsizliğinin ihlal edilip edilmediği hesaplanabilir. Eğer öyleyse, nesnenin başlangıçta algılanmaması onun kuantum durumunu bozmuş olacak ve dolayısıyla nanokristal kuantum davranışı sergileyecektir.

Bose'a göre sorun, kütlenin tuzağın aynı tarafında iki kez ölçülmesi gerekmesidir. Bu yalnızca kısa süreli salınımlara sahip kütleler için geçerlidir çünkü kuantum durumunun ölçüm boyunca tutarlı kalması gerekir. Ancak geniş ilgi kitlelerinin bunun işe yaramayacağı kadar uzun dönemleri olacaktır. Şimdi Bose ve meslektaşları, ikinci ölçümün, nesnenin klasik mekaniğe uyması durumunda ulaşması beklenen bir konumda yapılmasını öneriyor.

Bose, "Normal salınımı nedeniyle gideceği yere gidip o yerin ne kadar farklı olduğunu öğrenmek çok daha iyi" diyor.

Bu şemanın faydası, nesne tutarlı bir durumda kaldığı sürece, klasik bir harmonik osilatörün beklenen konumunu hesaplamak her zaman mümkün olduğundan, herhangi bir kütledeki nesneler için deney yapmanın mümkün olmasıdır. Daha büyük nesneleri izole etmek daha zor hale geliyor, ancak Bose, görünüşte klasik olan bu durumların, süperpozisyonlar gibi egzotik makroskobik kuantum durumlarından daha fazla gürültüye karşı dayanıklı olacağına inanıyor.

Sistemin gelişimini takip etme

kuantum fizikçisi Vlatko Vedral Oxford Üniversitesi'nden Dr. Ancak kendisi, "bu ölçümlerde önemli olanın başlangıç ​​durumu değil, yaptığınız ölçümlerin sırası olduğunu" ve ilk ölçümden sonra sistemin gelişimini takip ederek korelasyonların ortaya çıkmasının "önemli olmadığını" söylüyor. hiç de önemsiz bir sorun”.

Nanokristallerde kuantum davranışı nasıl ölçülür?

Aynı zamanda kitlesel bağımsızlık iddiasına da şüpheyle yaklaşıyor. "Pratikte bunu başarmanın ne kadar kolay olduğunu bilmiyorum" diyor, "ama bu sadece boyutla bağlantılı, çünkü ne kadar çok alt sisteme sahipseniz çevreye o kadar fazla sızıntı olacak."

Tony Leggett (Eşitsizliği 1980'lerde Anupam Garg'la birlikte geliştiren kişi), süperiletkenlik ve süperakışkanlar üzerine yaptığı çalışmalarla 2003 Nobel Ödülü'nü paylaşan kuantum mekaniğinin temelleri konusunda uzmandır. Şu anda Illinois Üniversitesi'nde fahri profesör olarak Bose ve meslektaşlarının çalışmalarında başka bir sorun görüyor. "Bu araştırmacıların kuantum mekaniğinin çalışmaya devam edeceğine ikna oldukları çok açık; ben o kadar emin değilim" diyor.

Ancak Leggett, kuantum mekaniğinin çöküşüne ilişkin kanıtların, fizik camiasının çoğu tarafından uyumsuzluğun sonucu olarak yorumlanacağını ve bunun da istilacı bir ölçümün neden olabileceğine dikkat çekiyor. Kendisinin de parçası olduğu bilinen durumlar üzerinde yapılan deneylerden farklı olarak, Bose ve meslektaşlarının ölçümlerinin ne kadar invazif olduğunu test etmek için bir araç sunmadıklarını söylüyor; örneğin aynı ölçüm protokolünü farklı durumlar üzerinde kullanmak gibi.

Araştırma, yayımlanmak üzere kabul edilen bir makalede anlatılmıştır. Physical Review Letters. A ön baskı şu adreste mevcuttur: arXiv.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/protocol-could-make-it-easier-to-test-the-quantum-nature-of-large-objects/