اتمها برای اولین بار به راهپیمایی می‌روند!

فیزیکدانان موسسه کوانتوم نوری و اطلاعات کوانتومی در آکادمی علوم اتریش موفق شدند در سیستمی کوانتومی با برداشتن 23 قدم راهپیمایی کوانتومی داشته باشند و این اولین باری است که چنین فرایند کوانتمی با استفاده از یونهای حبس شده صورت می گیرد.

به گزارش خبرگزاری مهر، وقتی یک دونده یا فردی که راهپیمایی می کند به یک تقاطع می رسد باید تصمیم بگیرد به کدام جهت حرکت کند و تصمیمات وی به تدریج باعث می شود دونده مقصد نهایی خود را انتخاب کند. زمانی که وی نقشه مسیر را فراموش کند باید به صورت انتخابی مسیر خود را انتخاب کرده و مسیری را برگزیند که از انحراف کمتری برخوردار باشد، فرایندی که راه رفتن یا "راهپیمایی تصادفی" نام داشته و می تواند با مسائل معمول فیزیکی و ریاضی تداخل داشته باشد.

برای مثال در سال 1827 رابرت براون گیاه شناس اسکاتلندی دریافت گرده گیاهان در قطرات آب جنبشهای نامنظمی را از خود نشان می دهند که این تاثیر به واسطه حرکات تصادفی مولکولهای آب به وجود می آید، پدیده ای که "حرکت برونین" نام گرفته است.

اتمها به راهپیمایی کوانتمی می روند

اکنون فیزیکدانان اصول این راهپیمایی تصادفی را به سیستمهای کوانتمی وارد کرده و راهپیمایی کوانتمی یک اتم را شبیه سازی کرده اند. آنها یک تک اتم را در دام یون الکترومغناطیسی گرفتار کرده و آن را به منظور آماده سازی به شکل حالت پایه و اصلی، سرد کردند. سپس دانشمندان موقعیت انطباق مکانیکی کوانتمی را برای دو حالت داخلی تعریف کرده و اتم را برای یک پیاده وری کوانتمی راهی کردند.

این دو حالت داخلی با تقاطعی که یک دونده بر سر آن باید مسیر چپ یا راست را انتخاب کند، برابری می کند. با این حال متفاوت از انتخاب دونده، اتم نباید به شکل واقعی مسیر خود را انتخاب کند زیرا به دلیل وجود حالت انطباق دو حالت، احتمال وارد شدن به هر دو مسیر در آن واحد برای اتم آماده خواهد بود و متناسب با حالت درونی یون به سمت راست یا چپ هدایت می شود.

پس از برداشته شدن هر قدم فیزیکدانان تجربی انطباق حالت درونی را با استفاده از پالسهای لیزری بهبود داده و یون را به مسیر چپ یا راست هدایت می کنند. فیزیکدانان توانستند این فرایند را در حالی که اطلاعات چگونگی راهپیمایی کوانتمی را جمع آوری می کنند به صورت تصادفی تا 23 بار کنترل کنند. در عین حال با کمک گرفتن از یک یون دیگر دانشمندان قادر خواهند بود به جای انتخاب مسیر برای اتم، زمان آزمایش را افزایش داده و امکان ثابت شدن یون را فراهم آورند.

درک بهتر از پدیده ای طبیعی

تحلیلهای آماری از قدمهای برداشته شده در این راهپیمایی تایید می کند که راهپیمایی کوانتمی با راهپیمایی تصادفی تفاوتهایی دارد. برای مثال سرعت حرکت ذرات در راهپیمایی کوانتمی بسیار بیشتر از تصادفی است. این آزمایشها کاربردی تاثیر گذار در مطالعات پدیده های طبیعی خواهد داشت برای مثال محققان بر اساس این مطالعات گمان می برند انتقال انرژی در گیاهان به دلیل پدیده راهپیمایی کوانتمی بسیار سریع رخ می دهد.

بر اساس گزارش ساینس دیلی، فیزیکدانان معتقدند آگاهی از راهپیمایی کوانتمی در توسعه دادن مدل رایانه های کوانتمی که قادر به مشکلات متعدد علمی خواهند بود کمک بزرگی خواهد کرد.