Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Một nghiên cứu gần đây đã mô tả các trạng thái mới có thể được tìm thấy trong các thí nghiệm nguyên tử siêu lạnh, có thể có ứng dụng cho công nghệ lượng tử.
Trong cuộc sống hàng ngày, vật chất hành xử theo một cách có thể dự đoán. Nếu chúng ta ném một quả bóng, chúng ta cho rằng nó sẽ di chuyển theo một hướng nhất định và có độ giật có thể dự đoán được. Hơn nữa, các lực tác dụng lên một đối tượng sẽ không có tác động lên một đối tượng độc lập khác.
Nhưng trong cơ học lượng tử – vật lý của nhỏ bé – các quy tắc hoàn toàn khác nhau. Trong một, hai và ba hệ thống hạt, các hành động xảy ra tại một điểm có thể ảnh hưởng mạnh đến các nguyên tử ở xa. Các nhà khoa học chưa có sự hiểu biết đầy đủ về điều này nhưng bằng cách phân tích hành vi của các hệ thống này và các hệ thống phức tạp hơn, họ đang hy vọng tìm thấy những hiểu biết sâu sắc.
Các nhà nghiên cứu thuộc Đơn vị Hệ thống Lượng tử tại Đại học Khoa học và Công nghệ Okinawa (OIST) cùng với các cộng tác viên tại Đại học Dublin và Đại học Durham, đã mô phỏng một trong những hệ thống này, cho thấy các trạng thái lượng tử – cách các hạt tự sắp xếp trong các hệ cô lập – đó là bất ngờ. Kết quả của họ được công bố trên Tạp chí Vật lý mới có thể có các ứng dụng cho công nghệ lượng tử.
Giáo sư Thomas Busch, người đứng đầu Đơn vị giải thích: “Nếu bạn ném đá khỏi thuyền, hòn đá đi một chiều và thuyền đi theo hướng khác”. “Trong cơ học lượng tử, chúng ta có thể có mối tương quan mạnh mẽ hơn ở khoảng cách lớn hơn nhiều. Giống như nếu bạn đeo một chiếc tất màu đỏ và một chiếc tất màu xanh lá cây, thì ai đó ở Nam Cực, người mà bạn chưa từng gặp, cũng sẽ phải làm như vậy. Và công việc của chúng tôi đã tìm ra những trạng thái mới với những tương quan rất mạnh mẽ này, có thể được kiểm soát rất tốt. “
Thử nghiệm với hai nguyên tử
Khi các nhà khoa học nghiên cứu các hệ thống vĩ mô, họ có xu hướng nhìn vào nhiều hạt – 10 đến 23 nguyên tử. Bởi vì có rất nhiều, họ không thể theo dõi mọi nguyên tử và phải đưa ra các giả định. Để tránh điều này, các nhà nghiên cứu trong nghiên cứu này đã sử dụng một lựa chọn khác.
Tác giả đầu tiên, tiến sĩ Ayaka Usui cho biết: “Chúng tôi đã mô phỏng một hệ thống chỉ với hai nguyên tử”. “Điều này cung cấp một khối xây dựng của hệ thống lớn hơn, nhưng chúng tôi có thể kiểm soát mọi thứ và xem chính xác những gì đang xảy ra. Và, để tiếp tục kiểm soát hệ thống này, chúng tôi đã xem xét các nguyên tử siêu lạnh.”
Ở nhiệt độ phòng, các hạt di chuyển rất nhanh. Trời càng ấm, chúng càng di chuyển nhanh. Bằng cách sử dụng làm mát bằng laser, các nguyên tử này có thể được làm chậm và làm lạnh cho đến khi chúng đạt vận tốc gần như bằng không ở trạng thái siêu lạnh. Điều này giúp Ayaka và các đồng nghiệp mô tả chúng dễ dàng hơn nhiều trong các mô phỏng của họ.
Trong một hệ thống như thế này, điều đơn giản nhất mà các hạt có thể làm là va chạm với nhau. Điều này buộc chúng phải di chuyển xung quanh và đổi hướng, nhưng các hạt cũng có một thứ gọi là spin. Độ xoáy của hạt hoặc hướng lên hoặc xuống và ảnh hưởng hơn nữa đến cách nó di chuyển – một hiệu ứng gọi là khớp nối quỹ đạo quay. Khi các nhà nghiên cứu mô phỏng một hệ thống với hai nguyên tử siêu lạnh được kết hợp với quỹ đạo quay, những trạng thái mới này, với mối tương quan rất mạnh của chúng đã được tiết lộ.
Tiến sĩ Thomas Fogarty, Học giả sau tiến sĩ tại Đơn vị cho biết: “Chúng tôi có các hệ thống với hai hạt nơi bạn có được các trạng thái này và các hạt có từ 10 đến 23 mà bạn không có”. “Ở đâu đó dọc theo chuỗi dài thêm các hạt này, những trạng thái mới này biến mất.”
Kỹ thuật hiểu biết thêm
Bên cạnh các hệ thống mới, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra các công thức mô tả chính xác hệ thống này. Vì vậy, bây giờ họ có thể thiết kế nó.
Bằng cách tìm ra các công thức này, các nhà nghiên cứu đã kiểm soát hệ thống và giờ họ có kế hoạch thay đổi các tham số để xem xét động lực học của hệ thống.
Các nhà nghiên cứu sẽ chia tách hệ thống, vì vậy họ có hai “người” trong số chúng. Chúng ta có thể sử dụng các mối tương quan mạnh mẽ để giúp chúng ta đo lường hệ thống. Nếu chúng ta tìm thấy một nguyên tử trong một trong các hệ thống, chúng ta biết rằng một nguyên tử khác cũng nằm trong đó, mà không đo lường được, bởi vì chúng có mối tương quan chặt chẽ.
Mặc dù nghiên cứu này chỉ tập trung vào một khía cạnh nhỏ của những gì cơ học lượng tử có thể làm, nhưng nó có rất nhiều ứng dụng.
Công nghệ lượng tử cần những tương quan này. Những trạng thái mới này có mối tương quan phi cổ điển mạnh nhất mà chúng ta biết và chúng ta có thể thiết kế chúng. Với nghiên cứu này, chúng ta có thể chế tạo máy tính mạnh hơn. Chúng ta có thể tạo ra các thiết bị đo lường sự khác biệt nhỏ về trọng lực hoặc xung điện trong não. Có rất nhiều ứng dụng để làm việc.
Bên cạnh Ayaka Usui, Tiến sĩ Fogarty và Giáo sư Busch, nghiên cứu này có sự tham gia của Tiến sĩ Steve Campbell từ Đại học Dublin và Giáo sư Simon Gardiner từ Đại học Durham.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Khoa học và Công nghệ Okinawa (OIST) . Bản gốc được viết bởi Lucy Dickie. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :