Kuantum dünyasındaki hız sınırını keşfettiler. Bonn Üniversitesi'nden uzmanlar yeni deneyin ilkesini basit bir örnekle açıkladılar. Diyelim ki yılbaşı gecesi gece yarısından sadece birkaç dakika önce bir tepsi içeceği servis etmesi gereken bir garsonu izliyorsunuz. Misafirden misafire maksimum hızda koşuyor. Uzun yıllar boyunca üzerinde çalışılan teknik sayesinde, yine de içeceğin bir damlasını dökmemeyi başarıyor.
Küçük bir numara ona bu konuda yardımcı olur: Garson adımlarını hızlandırırken, tepsiyi hafifçe yana yatırır, böylece şampanya bardaklardan dökülmez. Masanın yarısına gelindiğinde, masayı ters yönde eğer ve yavaşlar. Sadece tamamen durduğunda onu tekrar dik tutar.
Atomlar bir şekilde tepsideki içecekler gibidir. Bilardo topu gibi değil, sıvı gibi davranan madde dalgaları olarak tanımlanabilirler. Dolayısıyla, atomları bir yerden diğerine olabildiğince çabuk taşımak isteyen biri, yılbaşı gecesinde bir garson kadar yetenekli olmalıdır. Bonn Üniversitesi Uygulamalı Fizik Enstitüsü'ndeki çalışmayı yöneten Dr. Andrea Alberti, “Ve o zaman bile bir hız sınırı var” diyor.
Bilim adamları, araştırmalarında bu sınırın tam olarak nerede olduğunu deneysel olarak buldular. Normal içecekler yerine bir sezyum atomu ve mükemmel şekilde üst üste bindirilmiş, ancak birbirlerine karşı yönlendirilmiş iki lazer ışını kullandılar. Fizikçilerin girişim dediği bu üst üste binme, başlangıçta hareket etmeyen bir dizi "dağlar" ve "vadiler" gibi duran bir ışık dalgası yaratır. Alberti,
"Bu vadilerden birine bir atom yükledik ve ardından durağan bir dalgayı harekete geçirdik - bu da vadinin konumunu değiştirdi," diye açıklıyor. "Amacımız, atomu vadinin dışına sıçratmadan, mümkün olan en kısa sürede doğru yere ulaştırmaktı."
Mikro kozmosta bir hız sınırı olduğu gerçeği, 60 yıldan uzun bir süre önce iki Sovyet fizikçi Leonid Mandelstam ve Igor Tamm tarafından teorik olarak gösterildi. Bir kuantum işleminin maksimum hızının enerjinin belirsizliğine bağlı olduğunu gösterdiler.. Aslında, kontrol edilen parçacığın olası enerji durumlarına göre ne kadar "özgür" olduğuna bağlıdır: ne kadar fazla enerji özgürlüğüne sahipse, o kadar hızlıdır. Atom transferi durumunda, örneğin, sezyum atomunun hapsolduğu "vadi" ne kadar derinse, vadideki kuantum durumlarının enerjilerinin yayılması o kadar fazla olur ve sonuçta, daha hızlı transfer edilebilir. Bir garson örneğinde de benzer bir şey görülebilir: Kadehini sadece yarısına kadar doldurursa, hızlanırken ve yavaşlarken içecek dökmesi daha az olasıdır. Bununla birlikte, bir parçacığın enerji özgürlüğü keyfi olarak artırılamaz. Alberti,
"Vadimizi sonsuz derinliğe getiremeyiz - bu çok fazla enerji gerektirir" diye vurguluyor.
Mandelstam ve Tamm için hız sınırı temel bir sınırlamadır. Bununla birlikte, bu yalnızca belirli koşullar altında, yani yalnızca iki kuantum durumu olan sistemlerde başarılabilir. Kadın fizikçi,
"Bizim durumumuzda, örneğin, başlangıç ve varış yeri birbirine çok yakın olduğunda bu olur" diye açıklıyor. "O zaman atomun maddi dalgaları her iki yerde de üst üste gelir ve atom tek seferde, yani herhangi bir ara durak olmadan doğrudan hedefine gönderilebilir."
Bununla birlikte, Bonn deneyinde olduğu gibi, mesafe madde dalgasının genişliğinin onlarca değerine yükseldiğinde durum değişir. Bu mesafelerde doğrudan ışınlanma imkansızdır. Bunun yerine, parçacık nihai hedefine ulaşmak için birkaç ara durumdan geçmelidir: iki seviyeli sistem çok seviyeli hale gelir. Çalışma, bu tür işlemler için iki Sovyet fizikçisinin tahmin ettiğinden daha düşük bir hız sınırının geçerli olduğunu gösteriyor. Mesele şu ki, sadece enerjinin belirsizliği ile değil, aynı zamanda ara durumların sayısı ile de belirleniyor. Böylece, yeni çalışma, karmaşık kuantum süreçlerinin ve sınırlamalarının teorik anlayışını geliştirir.
Fizikçilerin bulguları, en azından kuantum hesaplama için önemlidir. Kuantum bilgisayarlarla mümkün olan hesaplamalar, temel olarak çok düzeyli sistemlerin manipülasyonuna dayanır. Ancak kuantum durumları çok kırılgandır. Sadece kısa bir süre dayanırlar - tutarlılık zamanı. Yeni çalışma, tutarlılık süresi boyunca bilim insanlarının gerçekleştirebilecekleri maksimum işlem sayısını ortaya koyuyor. Bu, en uygun şekilde kullanılmasına izin verir.