23 kroki spaceru kwantowego
Zespołowi naukowców pod kierunkiem Instytutu Optyki Kwantowej i Informacji Kwantowej (IQOQI) przy Austriackiej Akademii Nauk udało się wykonać 23 kroki spaceru kwantowego w systemie kwantowym. Opis odkryć dokonanych w ramach badań dofinansowanych częściowo ze środków unijnych opublikowano w czasopiśmie Physical Review Letters. Losowy spacer to matematyczna formalizacja trajektorii złożonej z kolejnych losowych kroków, wykorzystywana głównie w fizyce i matematyce. Pośród przykładów losowych spacerów wymienić można tablicę Galtona, którą wykorzystuje się do prezentacji studentom rozkładu dwumianowego. Podczas demonstracji upuszcza się kulki, które uderzają w kołki przytwierdzone do tablicy i odbijają się losowo na lewo lub prawo. Termin "ruchy Browna" odnosi się do pozornie losowych ruchów cząstek zawieszonych w substancji ciekłej lub gazowej. W ramach ostatnich badań naukowcy wykorzystali jako przykład turystę. Kiedy turysta dotrze do skrzyżowania, musi określić kierunek, w jakim chce dalej podążać. Jeżeli nie posiada mapy, decyduje losowo, którą ścieżkę wybrać. Bez względu na to czy wybierze okrężną drogę czy skrót, ostatecznie dociera do celu. Fizycy wykorzystali jeden i dwa spułapkowane jony, aby pokazać spacer kwantowy na linie w przestrzeni fazowej (przestrzeni obejmującej wszelkie możliwe stany systemu). Wyniki badań po raz pierwszy oferują społeczności fizyków możliwość przyjrzenia się temu procesowi kwantowemu z wykorzystaniem jonów spułapkowanych. Dr Christian Roos i dr Rainer Blatt z IQOQI wraz z kolegami przenieśli zasadę spaceru kwantowego do systemów kwantowych i pobudzili atom do "wybrania się na spacer kwantowy". "Spułapkowaliśmy jeden atom w elektromagnetycznej pułapce jonowej i schłodziliśmy go, aby doprowadzić go do stanu podstawowego" - wyjaśnia dr Roos. "Następnie stworzyliśmy kwantowo-mechaniczną superpozycję dwóch stanów wewnętrznych i wysłaliśmy atom na spacer." Zdaniem naukowców dwa wewnętrzne stany odpowiadają decyzji turysty o tym, czy pójść w lewo czy w prawo. Atom jest w o tyle różnej sytuacji, że nie musi podejmować decyzji dotyczącej kierunku, gdyż superpozycja dwóch stanów daje różne możliwości w tym samym czasie. "W zależności od stanu wewnętrznego przesuwamy jon na prawo lub na lewo" - wyjaśnia dr Roos. "W ten sposób stany ruchu i wewnętrzny jonu są splątane." Zespół modyfikował superpozycje stanów wewnętrznych po każdym kroku. Zmiana była wprowadzana za pomocą impulsu laserowego. Następnie jon był przesuwany w lewo lub w prawo. Losowo kontrolowany proces udało się powtórzyć 23 razy i zebrać dane na temat wydajności spacerów kwantowych. Wykorzystanie drugiego jonu pozwoliło fizykom rozszerzyć eksperyment i umożliwić spacerującemu jonowi "pobyt" zamiast ruchów w lewo lub w prawo. Zdaniem naukowców analiza statystyczna 23 kroków umożliwiła im faktyczne wykazanie, że spacery kwantowe nie są tym samym, co klasyczne spacery losowe.
Kraje
Austria