Eine Katze handeln, Schrödinger berühmten Gedankenexperiment. Hoffen, dass er nicht sterben!Foto: Dwight Sipler (Wikimedia Commons)
Eines der Markenzeichen Vorhersagen der Quantenmechanik ist, dass die Teilchen Verhalten sich unvorhersehbar—aber ein neues experiment scheint zu erschweren, einige dieser zentralen Ideen.
Die Forscher waren in der Lage, vorherzusagen, eine Art von atomic Verhalten genannt Quanten-Sprung und sogar umkehren den Sprung in ein neues experiment auf einem künstlichen atom. Eine solche Forschung bringen könnten größere Fragen über die Natur der Physik und könnte wichtige Implikationen für die Verbesserung der Quanten-Computern, die sich auf die Regeln der Quantenmechanik, um zu funktionieren.
“Unser experiment zeigt, dass es mehr zu der Geschichte,” wie Quantenmechanik funktioniert, Autor der Studie Zlatko Minev, Forscher am IBM Thomas J. Watson Research Center, sagte Gizmodo.
Quantenmechanik’ core Annahme ist, dass auf der kleinsten Skalen, Atomare Eigenschaften sind quantisiert, d.h., die Teilchen nehmen auf der diskreten anstatt kontinuierlichen Staaten, deren Eigenschaften sich entlang einer Treppe anstatt einer Rampe. Zum Beispiel, ein Elektron kann in einem niedrig-Energie-Zustand, aber wenn Sie fügen Sie ein wenig mehr Energie, ist es nicht langsam übergang in die neue, höhere Energie Zustand. Vielmehr ist es unberechenbar, rastet der neue Staat. Wenn Sie nicht es zu betrachten, kann das atom nehmen, auf den mittleren Staaten—aber diese sind nicht midway Punkte. Das atom würde in beiden Staaten zur gleichen Zeit, und dann, wenn Sie beobachtet es, es würde sofort rasten in der einen oder anderen Status.
Aber die Forscher fragten sich, ob Sie voraussagen konnten diese Sprünge und verhindern, dass Sie geschieht, so das Papier in Nature veröffentlicht.
Das team der “künstlichen atoms” ist eine experimentelle Apparatur, bestehend aus einem Kreis aus Draht, trägt die Ladung ohne Widerstand mit einer speziellen Art von Mehrscheiben-Zaun, einen sogenannten Josephson-Kontakten, platziert in der Mitte des Drahtes. In regelmäßigen Atome, “Staaten” sind vertreten durch die Lage der Elektronen um die Atomkerne, aber in diesem künstlichen atom, der Staat, vertreten durch eine quantisierte Eigenschaft, deren Wert änderungen als Elektronen passieren die isolierende Zaun. Dies ist ein Quanten-system (es ist technisch ein zwei-qubit quantum computer) und folgt den gleichen Regeln wie andere quantum-Systeme, einschließlich der Elektronen um Atome.
Die Forscher verwenden zwei speziell abgestimmten Mikrowellen-Signale. Ein signal liefert gerade die Rechte Menge der Energie, das atom, um den übergang zwischen dem Grundzustand und dem angeregten Zustand, während das andere signal indirekt misst die Energie von der Schaltung während dieses übergangs.
Detektoren Messen eine hell blinkende Photonen-signal—Reflexionen aus der zweiten mikrowellenpulses—wenn das künstliche atom ist im Grundzustand. Wenn Ihre atom ist im angeregten Zustand, die Forscher beobachten keine Blitze. Die empfindlichen Detektoren Messen konnten jeden letzten photon, bis das signal dunkel—ein Zeichen, dass der übergang wurde über das auftreten. Wenn Forscher schickte einen anderen Impuls zur richtigen Zeit, Sie waren in der Lage zu stoppen und umzukehren den übergang.
Könnten Sie vertraut sein mit Schrödinger ‘ s Katze. Es ist ein Gedanken-experiment, in dem das Leben einer Katze hängt von einigen zwei-Staaten-quantum-Prozess, und nach den Regeln der Quantenmechanik, sobald das experiment in Gang gesetzt wird, ist die Katze lebendig und tot gleichzeitig, bis Sie das Kästchen zu öffnen. In diesem Fall, die Katze lebendig ist der Grundzustand, und die Katze tot ist der angeregte Zustand. Die Implikation dieser Forschung ist, dass die Wissenschaftler indirekt beobachten Sie die “Katze” bewegen sich von der lebendigen Staat, die lebendig und tot zugleich Staat, und eingreifen, um die Katze retten.
Andere Forscher waren beeindruckt von der Papier-Ergebnisse. “Es ist ein großes experiment”, wie Klaus Mølmer, professor an der Universität Aarhus in Dänemark, sagte Gizmodo. Mølmer wies darauf hin, dass keineswegs bedeutet dies, dass jedem quantum Prozess, wie den radioaktiven Zerfall, werden rückgängig gemacht und wieder in seinen ursprünglichen Zustand. Aber er sagte, dass die Forscher gezielt darauf aus, die Grenzen zu Ihrem experiment.
In diesem experiment, der Forscher hatte nur einen Augenblick, bevor der übergang zwischen den Mitgliedstaaten aufgetreten sind; Sie können nicht Vorhersagen, die genaue Tag und die Zeit des übergangs. Aber dieses Maß an Voraussicht, der nützlich sein könnte für Quantencomputer. Heute, Computer auf der Grundlage der Regeln der Quantenmechanik sind nur rudimentär vorhanden und können erliegen, um zufällige Fehler. Die Technologie basiert auf diesem experiment erlauben könnte, quantum-computing-Forscher, Fehler zu identifizieren rechts, wie Sie auftreten. Und in der Tat, einige der Studie ‘ s Autoren arbeiten für quantum-computing-Unternehmen; Minev selbst hält eine permanente Forschungs-position bei IBM.
Es gibt noch mehr zu gehen, bevor dieser Forschung ist integriert in bestehende Quanten-Computern. Aber für jetzt, es ist ziemlich radikal, dass wir zusehen können, Quantenmechanik entfalten in Echtzeit.
Teilen Sie Diese Geschichte