• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Zaglądając w kwantowy świat

    13.10.2011. 16:37
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Wydaje się, że międzynarodowy zespół naukowców odkrył sposób na badanie nieuchwytnego zachowania kwantowego dużych obiektów "makroskopowych". Zaawansowana metoda, zaprezentowana w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), umożliwi naukowcom wejście na nowe obszary w eksperymentach kwantowych. Badania zostały dofinansowane z grantu Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) o wartości 1.6 mln EUR z budżetu Siódmego Programu Ramowego UE (kierownikiem naukowym grantu jest dr Markus Aspelmeyer z Uniwersytetu w Wiedniu w Austrii - Grant ERBN 2009 dla początkujących naukowców).

    Fizycy od dawna starali się ustalić, na ile zjawiska kwantowe wkraczają w nasze codzienne życie. W tym celu świat kwantowy musi być badany w całkowicie nowej skali masy i rozmiaru. To największe wyzwanie, gdyż wraz ze wzrostem masy i rozmiaru trudno jest wykryć autentyczne cechy kwantowe.

    Naukowcy z Wiedeńskiego Centrum Nauki i Technologii Kwantowej (VCQ) przy Uniwersytecie w Wiedniu opracowali innowacyjną metodę, która wykorzystuje błyski światła do obserwowania w wyjątkowej rozdzielczości cech kwantowych dużych obiektów. Pomysł opiera się na tym, że obiekty kwantowe, w odróżnieniu od klasycznych, zachowują się inaczej, kiedy są obserwowane.

    "W bieżących podejściach obiekty są stale monitorowane i ewentualne cechy kwantowe rozmywają się" - zauważa autor naczelny, Michael R. Vanner z Wiedeńskiego Programu Doktoranckiego dot. Złożonych Systemów Kwantowych (CoQuS). "Pod wieloma względami jest to analogiczne do efektu rozmazania szybko poruszającego się obiektu na zdjęciu. Mniej więcej, błyski zatrzymują ruch i tworzą ostre zdjęcie zachowania kwantowego."

    Nowe narzędzie umożliwi naukowcom "zajrzenie" do świata fizyki kwantowej w całkowicie nowej skali masy i rozmiaru. Narzędzie jest unikatowe ze względu na możliwość bezpośredniego zastosowania w bieżących doświadczeniach, w ramach których podejmowane są próby przygotowania zjawisk kwantowych w rezonatorach mikromechanicznych (tj. masywnych obiektach wibrujących mechanicznie).

    "Analizując dynamikę takiego zachowania, pulsacyjna optomechanika kwantowa otwiera ścieżkę badań nad tym, czy makroskopowe obiekty mechaniczne mogą być wykorzystywane w przyszłości w technologiach kwantowych" - zauważa dr Vanner. "Pozwoli również rzucić światło na wyraźny podział w przyrodzie między świat kwantowy a klasyczny."

    Wkład w badania wnieśli również eksperci z Imperial College London w Wlk. Brytanii, Instytutu Optyki Kwantowej i Informacji Kwantowej (IQOQI) w Austrii, Instytutu im. Alberta Einsteina Uniwersytetu w Hanowerze w Niemczech i z Uniwersytetu w Queensland w Australii.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Bramki kwantowe – proste elementy wykonujące podstawowe obliczenia przeprowadzane przez algorytmy kwantowe. Bramki kwantowe stanowią podstawowe operacje realizowane przez komputery kwantowe i służą do przetwarzania informacji kwantowej. Bramki kwantowe na schematach obwodów kwantowych oznaczamy za pomocą ramek, a w obliczeniach stosujemy postać macierzy unitarnych. Główna liczba kwantowa (n) - pierwsza z liczb kwantowych opisujących układ kwantowy określająca energię układu, np. energię elektronów w atomie. Przyjmuje ona wartości liczb naturalnych n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7... Stany kwantowe o tej samej wartości głównej liczby kwantowej tworzą powłokę elektronową, zwaną poziomem energetycznym. Powłoki te oznacza się kolejno K, L, M, N, O, P, Q. Powłoce K odpowiada n = 1, powłoce L odpowiada n = 2... Artur Ekert (ur. 19 września 1961 we Wrocławiu) – fizyk prowadzący badania w zakresie podstaw mechaniki kwantowej oraz kwantowego przetwarzania informacji. Obecnie zajmuje on stanowiska profesora fizyki kwantowej na wydziale Matematyki Uniwersytetu Oksfordzkiego a także profesora honorowego Lee Kong Chian (Lee Kong Chian Centennial Professor) na Narodowym Uniwersytecie Singapuru oraz dyrektora Centrum Technologii Kwantowych działającego w ramach tego uniwersytetu.

    Degeneracja (zwyrodnienie) - w fizyce kwantowej zwykle mianem degeneracji określa się sytuację, kiedy jednej wartości energii układu odpowiada wiele stanów kwantowych układu. Zmieniając warunki fizyczne, np. umieszczając go w polu magnetycznym, energie różnych stanów kwantowych mogą zmienić się w różnym stopniu, rozdzielając jeden poziom energetyczny na kilka. Term atomowy – w mechanice kwantowej, obserwowany stan atomu, odpowiadający rzeczywistym stanom o różnej energii, charakteryzujący się określonymi wartościami liczb kwantowych.

    Algorytm kwantowy – rodzaj algorytmu przeznaczonego do działania na maszynie kwantowej (komputer kwantowy). Dotychczas powstało kilkanaście algorytmów wykorzystujących możliwości oferowane przez maszyny kwantowe. Należą do nich algorytmy Grovera, Deutscha, Simona, Shora, Kitaeva i Bernsteina-Vaziraniego. Leonard Susskind (ur. 1940) – amerykański fizyk. Jest profesorem fizyki teoretycznej na Uniwersytecie Stanforda. Jego badania obejmują teorię strun, teorię pól kwantowych, statystyczną mechanikę kwantową i kosmologię kwantową. Jest członkiem NAS, Amerykańskiej Akademii Sztuki i Nauki oraz innych organizacji międzynarodowych o charakterze naukowym.

    Ultrazimne atomy – termin używany do opisania gazu atomów o temperaturach bliskich 0 kelwina (zera bezwzględnego). Za graniczną temperaturę poniżej, której układ nazywamy ultrazimnym przyjmuje się 1 mK, podczas gdy zimnym nazywamy gaz, którego temperatura jest mniejsza niż 1 K. Temperatury otrzymywanych powszechnie w laboratoriach ultrazimnych gazów atomów mieszczą się pomiędzy 1 μK a 1 nK (1 × 10 – 1 × 10 K), przy czym udało się również otrzymać gazy o temperaturach poniżej 500 pK (500 × 10K). W tak niskich temperaturach klasyczny opis gazów zawodzi, ponieważ zjawiska kwantowe zaczynają odgrywać dominującą rolę, a co za tym idzie, do poprawnego opisu badanych układów należy używać mechaniki kwantowej. Kwantowa natura w reżimie ultraniskich temperatur przejawia się m.in. występowaniem kondensacji Bosego-Einsteina w przypadku atomów bozonowych lub zdegenerowanych gazów Fermiego, kiedy atomy są fermionami. Gazy ultrazimnych atomów znalazły też zastosowania w optyce nieliniowej, dokładnych pomiarach kwantowych właściwości pojedynczych atomów, inżynierii stanów kwantowych, precyzyjnej spektroskopii i zegarach atomowych. Dekoherencja kwantowa, to w mechanice kwantowej proces opisujący oddziaływanie obiektu kwantowego z otoczeniem. Jest to fundamentalny proces tłumaczący w jaki sposób mechanika klasyczna może być rozumiana jako przybliżenie mechaniki kwantowej. Oddziaływanie z otoczeniem stanowi realizację kwantowego pomiaru, procesu który prowadzi do redukcji funkcji falowej. Dekoherencja zakłada oddziaływanie obiektu z otoczeniem w sposób nieodwracalny w sensie termodynamicznym, co niszczy interferencję między danym obiektem i otoczeniem. Innymi słowy dekoherencja eliminuje ewentualne splątanie układu kwantowego z otoczeniem. Dekoherencja może być rozumiana jako utrata informacji o układzie wskutek jego oddziaływania z otoczeniem.

    Energia punktu zerowego (inaczej energia próżni) to w mechanice kwantowej najniższa możliwa energia jaką może przyjąć dowolny układ kwantowy. Z definicji wszystkie układy kwantowe posiadają energię punktu zerowego.

    Zakaz klonowania – w mechanice kwantowej, to teoria zabraniająca tworzenia identycznych kopii nieznanego stanu kwantowego. Została zaproponowana przez Williama Woottersa, Wojciecha Żurka oraz Dennisa Dieksa w 1982 roku i ma ogromne znaczenie dla teorii mechaniki kwantowej oraz informatyki kwantowej.

    Fluktuacje kwantowe – chwilowe zmiany ilości energii w pewnym punkcie przestrzeni. Możliwość istnienia kwantowych fluktuacji jest konsekwencją zasady nieoznaczoności. Europejska Rada ds. Badań Naukowych (ERBN, ang. European Research Council, ERC) – niezależna instytucja mająca na celu wspieranie wysokiej jakości badań naukowych poprzez wspieranie najlepszych naukowców, inżynierów i pracowników akademickich, niezależnie od dziedziny badań. Działa w ramach siódmego programu ramowego Unii Europejskiej w dziedzinie badań naukowych. Ustanowiona w lutym 2007 roku na mocy decyzji Rady 2006/972/WE (Dz. Urz. UE L 400 z 19.12.2006).

    Orbital s – orbital, czyli falowa funkcja własna elektronu w polu oddziaływania jądra lub rdzenia atomowego, który odpowiada pobocznej liczbie kwantowej l = 0. Energia elektronu na orbitalu s jest zależna od wartości głównej liczby kwantowej, n. Wartości funkcji falowej w różnych punktach sferycznej chmury elektronowej otaczającej ładunek centralny nie zależą od kierunku promienia sfery. Charakter ich zależności od odległości od centrum jest różny dla różnych liczb kwantowych n. Najbardziej prawdopodobne jest znalezienie elektronu w takiej odległości od jądra, która jest zbliżona do promienia odpowiedniej orbity Bohra.

    Dodano: 13.10.2011. 16:37  


    Najnowsze