Οι φυσικοί ανακαλύπτουν πώς τα θεμελιώδη σωματίδια χάνουν την τροχιά των κβαντικών μηχανικών ιδιοτήτων
Cambridge, MA - Σε μια πρωτοποριακή ανακάλυψη, μια ομάδα φυσικών στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) έχει αποκαλύψει τον κρυμμένο μηχανισμό πίσω από το πώς τα θεμελιώδη σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια και τα φωτόνια, η μετάβαση από την εγγενώς κβαντική τους μηχανική κατάσταση στην κλασσική συμπεριφορά. Αυτή η κατανόηση έχει βαθιές συνέπειες για την προώθηση της κβαντικής πληροφορικής, την ενίσχυση της ακρίβειας των οργάνων μέτρησης και την εξάπλωση των μυστηρίων της κβαντικής φυσικής.
Ο κβαντικός κόσμος, που διέπεται από τις αρχές της κβαντικής μηχανικής, παρουσιάζει παράξενα και αντιληπτά φαινόμενα που αψηφούν τις καθημερινές μας εμπειρίες. Μεταξύ αυτών είναι το αινιγματικό φαινόμενο που είναι γνωστό ως αποσύνδεση, όπου οι κβαντικές ιδιότητες εξαφανίζονται σταδιακά καθώς ένα σωματίδιο αλληλεπιδρά με το περιβάλλον του. Για δεκαετίες, οι φυσικοί έχουν αγωνιστεί με την κατανόηση των ακριβών μηχανισμών που οδηγούν την αποσύνδεση.
Η ερευνητική ομάδα του MIT, με επικεφαλής την καθηγήτρια Sarah Williams και τον μεταδιδακτορικό συνεργάτη Dr. David Bennett, διεξήγαγε εξελιγμένα πειράματα χρησιμοποιώντας άτομα Ultracold και λέιζερ ακριβείας για να ξεδιπλώσουν τον περίπλοκο χορό μεταξύ κβαντικής και κλασσικής συμπεριφοράς. Με τον χειρισμό του περιβάλλοντος των ατόμων και τη μέτρηση της κβαντικής συνοχής με πρωτοφανή ακρίβεια, οι επιστήμονες αποκάλυψαν τον θεμελιώδη μηχανισμό που υποστήριζε την αποσύνδεση.
Τα ευρήματά τους αποκαλύπτουν ότι η αποσύνδεση προκύπτει από τις αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων με ηλεκτρομαγνητικά πεδία υποβάθρου - τα πανταχού παρόντα κύματα ηλεκτρικής και μαγνητικής ενέργειας διαπερνά όλο το διάστημα. Αυτά τα πεδία, τα οποία παράγονται από την κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων και τις διακυμάνσεις του κβαντικού κενού, δρουν ως μικροσκοπικές «διαταραχές» που διαταράσσουν τη λεπτή κβαντική συνοχή των σωματιδίων.
"Τα πειράματά μας παρέχουν την πρώτη άμεση απόδειξη του τρόπου με τον οποίο ο κβαντικός κόσμος, που διέπεται από υπέρθεση και εμπλοκή, αλληλεπιδρά με και μεταβάσεις στον κλασικό κόσμο", εξηγεί η καθηγήτρια Sarah Williams. "Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει ένα νέο κεφάλαιο στην προσπάθειά μας να αξιοποιήσουμε τα κβαντικά αποτελέσματα και να ανοίξουμε το δρόμο για την πραγματοποίηση πρακτικών κβαντικών τεχνολογιών".
Η ικανότητα ελέγχου και χειρισμού της αποσύνδεσης είναι απαραίτητη για την υλοποίηση της κβαντικής πληροφορικής-μια πιθανή επανάσταση που υπόσχεται εκθετική επιτάχυνση στην υπολογιστική ισχύ. Με την ελαχιστοποίηση των επιδράσεων της αποσύνδεσης, οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να εκτελούν πολύπλοκες υπολογισμούς που είναι επί του παρόντος δυσάρεστες με τους κλασσικούς υπολογιστές. Οι ιδέες που αποκτήθηκαν από αυτή την έρευνα προσφέρουν μια πορεία προς τα πιο ισχυρά κβαντικά συστήματα και βελτιωμένες επιδόσεις των κβαντικών αλγορίθμων.
Ο Δρ David Bennett τονίζει:"Αυτή η ανακάλυψη υπόσχεται επίσης βελτιώσεις στην ευαισθησία των οργάνων μέτρησης, ιδιαίτερα σε ακρίβεια ατομικά ρολόγια και ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων.
Τα ευρήματα της ερευνητικής ομάδας, που δημοσιεύθηκαν στο διάσημο περιοδικό Nature Physics, αντιπροσωπεύουν ένα σημαντικό άλμα στην κατανόηση της θεμελιώδους αλληλεπίδρασης μεταξύ κβαντικής και κλασικής συμπεριφοράς. Καθώς οι φυσικοί συνεχίζουν να εμβαθύνουν στα μυστήρια της αποσύνδεσης, τα όρια μεταξύ των κβαντικών και των κλασσικών πεδίων μπορεί να θολώνουν, εισάγοντας στα νέα σύνορα στην επιστήμη και την τεχνολογία.
