Kvantumhatás nagyban

A svájci EPFL kutatói bemutattak egy olyan módszert, amellyel lehetséges egy több száz trilliónyi atomból álló tárgy rezgésének kontrollálása kvantumszinten, fény segítségével. 

Kvantumhatás nagyban

Fizikusok egy csoportja bemutatott egy olyan rendszert, amelyben a fény irányítja egy a részecskékhez képest nagy méretű tárgy mozgását, egy mikroszkóp segítségével bárki számára láthatóvá téve a kvantumszinten zajló folyamatok eredményeit.

A tárgyak mozgása a kvantummechanika törvényei által meghatározott módon történik, és ezek a törvények nagyon érdekes jelenségeket tesznek lehetővé: egy adott objektum tartózkodhat egyszerre két helyen egy adott időpillanatban, és valamilyen minimális mozgás még abszolút nulla fokon is megfigyelhető bármely tárgy esetében. Ezeket a kvantumfurcsaságokat azonban egészen a legutóbbi időkig csak egészen apró objektumok, elsősorban elemi részecskék esetében figyelték meg a kutatók. Nagyobb tárgyak esetében a kvantumhatások megfigyelését általában lehetetlenné teszi a dekoherencia jelensége. Ennek során környezeti hatásra megszűnik a kvantumállapotok szuperpozíciója, a lehetőségek egymás mellett létező sokasága és egyetlen egyértelmű állapot marad meg.

Egy részecske esetében a szuperpozíció elve azt az állapotot jelenti, amikor a részecske (vagy hullám) ún. kevert állapotban van, azaz bizonyos tulajdonságait nem tudjuk egyértelműen megállapítani. A részecske addig marad ebben, amíg valamilyen módon meg nem állapítjuk, hogy valójában hol és milyen állapotban van. A probléma ott kezdődik, hogy mérés (megfigyelés) hatására a szuperpozíció összeroppan, és a részecske egyértelműen a lehetséges állapotok egyikébe kerül. A fizikusok régóta töprengenek azon, vajon hol húzódik az a határ, ahol a kvantum-szuperpozíció mindenképpen összeroppan, azaz az egymással keveredő állapotok dekoherenssé válnak.

A svájci Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) kutatói bemutattak egy olyan módszert, amellyel lehetséges egy több száz trilliónyi atomból álló tárgy rezgésének kontrollálása kvantumszinten, fény segítségével. Eredményeikről a Nature oldalain számolnak be.

A mozgatott tárgy egy 30 mikrométer átmérőjű kerek üvegalakzat volt. A Tobias Kippenberg vezette kutatócsoport lézerfényt vezetett egy vékony optikai szálba, majd a tárgyhoz közelítették a szálat, „átugratva” a fényt rá, amely így a fánkszerű tárgy peremén milliószor körbefutott. Ahogy az üvegpohár peremén végighúzott ujj hangrezgéseket vált ki, a tárgy peremén keringő fotonok jól meghatározott frekvencián való rezgést okoztak. Ugyanez az erő aztán képes volt csillapítani is a vibrációt, vagyis hűteni az oszcillációt.

A hűtés nagyon fontos eleme a kvantummechanikai mozgások létrehozásának, mivel normál esetben ezeket elnyomják a hőmérsékleti fluktuációk. Ebből az okból az egész szerkezetet egy kelvines hőmérsékletre hűtötték egy kriosztátban. A fény csillapító hatására és a hűtés következtében a kvantumrezgések minimálisra csökkentek, a tárgy nagyon közel került kvantum-alapállapotához.

A fény és a mozgás között megfigyelt interakció nagyon szoros kapcsolatra utal: egyetlen aprócska pulzus elég volt egy kis vibráció kiváltásához. Első alkalommal sikerült mindezt olyan gyorsasággal elérni, hogy az eredeti fény kvantumtulajdonságai nem vesztek el a dekoherenciában. Ennek kiiktatásával pedig lehetőség nyílik egy tárgy mozgásának irányítására kvantumszinten, valamint a kvantummechanikai jelenségek megfigyelésére elemi részecskéknél jóval nagyobb objektumok esetében.

A jövőben a módszer lehetőséget nyújt arra, hogy mechanikai rezgések segítségével teljesen eltérő forrású kvantumrendszerek információit fordítsák le egymásba ‒ például elektromos töltésekét fénnyé. Ez az átalakítás pedig lehetővé teszi a kvantumbitek nagy távolságba való eljuttatását optikai szálakon, ami létfontosságú lehet a kvantumszámítógépek fejlesztésében. 

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward