اتم‌ها به راهپيمايي مي‌روند

فيزيکدانان موسسه کوانتوم نوري و اطلاعات کوانتومي در آکادمي علوم اتريش موفق شدند در سيستمي کوانتومي با برداشتن 23 قدم راهپيمايي کوانتومي داشته باشند و اين اولين باري است که چنين فرايند کوانتومي با استفاده از يون‌هاي حبس شده صورت مي‌ گيرد.

به گزاش «جام جم» به نقل از مهر، وقتي يک دونده يا فردي که راهپيمايي مي‌کند به يک تقاطع مي‌‌رسد بايد تصميم بگيرد به کدام جهت حرکت کند و تصميمات وي به تدريج باعث مي‌ شود دونده مقصد نهايي خود را انتخاب کند. زماني که وي نقشه مسير را فراموش کند بايد به صورت انتخابي مسير خود را انتخاب کرده و مسيري را برگزيند که از انحراف کمتري برخوردار باشد، فرايندي که راه رفتن يا راهپيمايي تصادفي نام داشته و مي‌ تواند با مسائل معمول فيزيکي و رياضي تداخل داشته باشد.

براي مثال در سال 1827 رابرت براون گياه شناس اسکاتلندي دريافت گرده گياهان در قطرات آب جنبش‌هاي نامنظمي را از خود نشان مي‌ دهند که اين تاثير به واسطه حرکات تصادفي مولکولهاي آب به وجود مي‌ آيد ، پديده‌اي که حرکت برونين نام گرفته است.

اتمها به راهپيمايي کوانتومي مي‌ روند

اکنون فيزيکدانان اصول اين راهپيمايي تصادفي را به سيستمهاي کوانتمي وارد کرده و راهپيمايي کوانتمي يک اتم را شبيه سازي کرده اند. آنها يک تک اتم را در دام يون الکترومغناطيسي گرفتار کرده و آن را به منظور آماده سازي به شکل حالت پايه و اصلي، سرد کردند سپس دانشمندان موقعيت انطباق مکانيکي کوانتومي را براي دو حالت داخلي تعريف کرده و اتم را براي يک پياده وري کوانتومي راهي کردند.

اين دو حالت داخلي با تقاطعي که يک دونده بر سر آن بايد مسير چپ يا راست را انتخاب کند، برابري مي‌ کند. با اين حال متفاوت از انتخاب دونده، اتم نبايد به شکل واقعي مسير خود را انتخاب کند زيرا به دليل وجود حالت انطباق دو حالت، احتمال وارد شدن به هر دو مسير در آن واحد براي اتم آماده خواهد بود و متناسب با حالت دروني يون به سمت راست يا چپ هدايت مي‌ شود.

پس از برداشته شدن هر قدم فيزيکدانان تجربي انطباق حالت دروني را با استفاده از پالس‌هاي ليزري بهبود داده و يون را به مسير چپ يا راست هدايت مي‌ کنند. فيزيکدانان توانستند اين فرايند را در حالي که اطلاعات چگونگي راهپيمايي کوانتومي را جمع آوري مي‌ کنند به صورت تصادفي تا 23 بار کنترل کنند. در عين حال با کمک گرفتن از يک يون ديگر دانشمندان قادر خواهند بود به جاي انتخاب مسير براي اتم، زمان آزمايش را افزايش داده و امکان ثابت شدن يون را فراهم آورند.

تحليل‌هاي آماري از قدمهاي برداشته شده در اين راهپيمايي تاييد مي‌ کند که راهپيمايي کوانتومي با راهپيمايي تصادفي تفاوتهايي دارد. براي مثال سرعت حرکت ذرات در راهپيمايي کوانتومي بسيار بيشتر از تصادفي است. اين آزمايش‌ها کاربردي تاثيرگذار در مطالعات پديده‌هاي طبيعي خواهد داشت براي مثال محققان بر اساس اين مطالعات گمان مي‌ برند انتقال انرژي در گياهان به دليل پديده راهپيمايي کوانتومي بسيار سريع رخ مي‌ دهد.

بر اساس گزارش ساينس ديلي، فيزيکدانان معتقدند آگاهي از راهپيمايي کوانتومي در توسعه دادن مدل رايانه‌هاي کوانتمي که قادر به مشکلات متعدد علمي خواهند بود کمک بزرگي خواهد کرد.