Në vitet 1920, mekanika kuantike, teoria që qëndron në themel të gjithçkaje, nga sjellja e atomeve deri te funksionimi i kompjuterëve kuantikë, ishte në rrugën e saj drejt pranimit të gjerë. Por një mister mbeti: ndonjëherë objektet kuantike, si elektronet, atomet dhe molekulat, sillen si grimca, të tjerët si valë. Ndonjëherë ato madje sillen si grimca dhe valë në të njëjtën kohë. Prandaj, kur studionin këto objekte kuantike, kurrë nuk ishte e qartë se çfarë qasje duhet të përdornin shkencëtarët në llogaritjet e tyre.
Ndonjëherë shkencëtarët duhej të supozonin se objektet kuantike ishin valë për të marrë rezultatin e saktë. Në raste të tjera, ata duhej të supozonin se objektet ishin në të vërtetë grimca. Ndonjëherë secila qasje funksionoi. Por në raste të tjera, vetëm një qasje prodhoi rezultatin e saktë, ndërsa tjetra ktheu një rezultat fals. Historia e këtij problemi shkon shumë prapa, por eksperimentet e fundit kanë hedhur dritë të re mbi këtë pyetje të vjetër.
Historia kuantike
Në eksperimentin me dy çarje me të njëjtin emër, i kryer për herë të parë nga Thomas Young në 1801, drita u soll si valë. Në këtë eksperiment, një rreze lazer drejtohet në një çarje të dyfishtë dhe më pas shikohet modeli që rezulton. Nëse drita përbëhej nga grimca, do të pritej dy blloqe drite në formë të çarë. Në vend të kësaj, rezultati është shumë blloqe të vogla drite të rregulluara në një model karakteristik. Vendosja e një çarje të dyfishtë në rrjedhën e ujit do të rezultonte në të njëjtin model pak më poshtë. Pra, ky eksperiment çoi në përfundimin se drita është një valë.
Pastaj, në 1881, Heinrich Hertz bëri një zbulim qesharak. Kur mori dy elektroda dhe vendosi një tension mjaft të lartë midis tyre, u shfaqën shkëndija. Kjo eshte normale. Por kur Hertz shkëlqeu dritë mbi këto elektroda, voltazhi i shkëndijës ndryshoi. Kjo shpjegohej me faktin se drita rrëzoi elektronet nga materiali i elektrodës. Por, çuditërisht, shpejtësia maksimale e elektroneve të nxjerra nuk ndryshonte nëse ndryshonte intensiteti i dritës, por ndryshonte me frekuencën e dritës. Ky rezultat do të ishte i pamundur nëse teoria e valëve do të ishte e vërtetë. Në vitin 1905, Albert Ajnshtajni kishte një zgjidhje: drita ishte në të vërtetë një grimcë. E gjithë kjo ishte e pakënaqshme. Shkencëtarët preferojnë një teori që është gjithmonë e vërtetë ndaj dy teorive që ndonjëherë janë të vërteta. Dhe nëse një teori është e vërtetë vetëm ndonjëherë, atëherë do të donim të paktën të ishim në gjendje të themi se në çfarë kushtesh është e vërtetë.
Por pikërisht ky ishte problemi i këtij zbulimi. Fizikantët nuk dinin kur ta konsideronin dritën apo ndonjë objekt tjetër si valë dhe kur si grimcë. Ata e dinin se disa gjëra shkaktojnë sjellje të ngjashme me valën, siç janë skajet e çarjeve. Por ata nuk kishin një shpjegim të qartë se pse është kështu ose kur të përdornin ndonjë teori.
Kjo gjëegjëzë quhet dualizmi me valë korpuskulare, ruhet ende. Por një studim i ri mund të hedhë pak dritë mbi situatën. Shkencëtarët nga Instituti i Shkencave Themelore të Koresë kanë treguar se vetitë e burimit të dritës ndikojnë në atë se sa është një grimcë dhe sa është një valë. Me një qasje të re për studimin e këtij problemi, ata kanë hapur një rrugë që mund të çojë edhe në përmirësime në llogaritjen kuantike. Ose shpresa të tilla.
Gjithashtu interesante: Procesorët kuantikë të Google marrin kristalet e kohës përtej teorisë
Si të bëni grimca dhe valë
Në eksperiment, shkencëtarët përdorën një pasqyrë gjysmë reflektuese për të ndarë rrezen e lazerit në dy pjesë. Secila prej këtyre rrezeve godet kristalin, i cili nga ana tjetër prodhon dy fotone. Një total prej katër fotonesh emetohen, dy nga secili kristal.
Shkencëtarët dërguan një foton nga çdo kristal në interferometër. Kjo pajisje kombinon dy burime drite dhe krijon një model ndërhyrjeje. Ky model u zbulua për herë të parë nga Thomas Young në eksperimentin e tij të lartpërmendur me dy çarje. Kjo është edhe ajo që shihni kur hidhni dy gurë në një pellg: valë uji, disa prej të cilave përforcojnë njëra-tjetrën dhe të tjerët neutralizojnë njëra-tjetrën. Me fjalë të tjera, interferometri zbulon natyrën valore të dritës.
Shtigjet e dy fotoneve të tjerë u përdorën për të përcaktuar karakteristikat e tyre korpuskulare. Edhe pse autorët e punimit nuk specifikuan se si e bënë këtë, kjo zakonisht bëhet duke kaluar një foton përmes një materiali që tregon se ku shkoi fotoni. Për shembull, ju mund të qëlloni një foton përmes një gazi, i cili më pas do të ndizet aty ku kaloi fotoni. Duke u fokusuar në trajektoren dhe jo në destinacionin përfundimtar, fotoni mund të jetë një valë. Kjo është për shkak se nëse matni vendndodhjen e saktë të fotonit në çdo moment të kohës, atëherë ai është i ngjashëm me pikën dhe nuk mund të godasë veten.
Ky është një nga shembujt e shumtë në fizikën kuantike ku një matje ndikon në mënyrë aktive në rezultatin e matjes në fjalë. Prandaj, në këtë pjesë të eksperimentit, modeli i ndërhyrjes në fund të trajektores së fotonit mungonte. Kështu, studiuesit zbuluan se si një foton mund të jetë një grimcë. Sfida tani ishte të kuantifikohej se sa nga kjo ishte një grimcë dhe sa kishte mbetur nga natyra e valës.
Meqenëse të dy fotonet e të njëjtit kristal prodhohen së bashku, ato formojnë një gjendje të vetme kuantike. Kjo do të thotë se është e mundur të gjendet një formulë matematikore që përshkruan të dy këto fotone njëkohësisht. Si rezultat, nëse studiuesit mund të përcaktojnë sasinë se sa e fortë është "pjesshmëria" dhe "gjatësia e valës" e dy fotoneve, ai kuantifikimi mund të zbatohet në të gjithë rrezen që arrin kristalin.
Në të vërtetë, studiuesit patën sukses. Ata matën se sa i valëzuar ishte fotoni duke kontrolluar dukshmërinë e modelit të ndërhyrjes. Kur dukshmëria ishte e lartë, fotoni ishte shumë i ngjashëm me valë. Kur modeli ishte mezi i dukshëm, ata arritën në përfundimin se fotoni duhet të jetë shumë i ngjashëm me një grimcë.
Dhe kjo dukshmëri ishte e rastësishme. Ishte më i larti kur të dy kristalet morën të njëjtin intensitet të rrezes lazer. Megjithatë, nëse rrezja nga një kristal ishte shumë më intensive se tjetra, dukshmëria e modelit bëhej shumë e zbehtë dhe fotonet kishin më shumë gjasa të dukeshin si grimca.
Ky rezultat është befasues sepse në shumicën e eksperimenteve drita matet vetëm në formën e valëve ose grimcave. Sot, në disa eksperimente, të dy parametrat janë matur njëkohësisht. Kjo do të thotë se është e lehtë të përcaktohet se sa nga çdo veti ka një burim drite.
Gjithashtu interesante: QuTech lëshon një shfletues për internetin kuantik
Fizikanët teorikë janë të kënaqur
Ky rezultat korrespondon me parashikimin e bërë më parë nga teoricienët. Sipas teorisë së tyre, sa valë dhe trupore është një objekt kuantik varet nga pastërtia e burimit. Pastërtia në këtë kontekst është vetëm një mënyrë fantastike për të shprehur probabilitetin që një burim i veçantë kristalor të jetë ai që lëshon dritën. Formula është si më poshtë: V2 + P2 = µ2, ku V është dukshmëria e modelit të drejtimit, P është dukshmëria e shtegut dhe µ është pastërtia e burimit.
Kjo do të thotë që një objekt kuantik si drita mund të jetë në një farë mase si valë dhe në një farë mase si grimca, por kjo kufizohet nga pastërtia e burimit. Një objekt kuantik është i ngjashëm me valën nëse një model ndërhyrje është i dukshëm ose nëse vlera e V nuk është e barabartë me zero. Gjithashtu, është e ngjashme me grimcat nëse shtegu është i vëzhgueshëm ose nëse P është jo zero.
Një pasojë tjetër e këtij parashikimi është se pastërtia është se nëse ngatërrimi i shtegut kuantik është i lartë, pastërtia është e ulët dhe anasjelltas. Shkencëtarët që kryen eksperimentin e treguan këtë matematikisht në punën e tyre. Duke akorduar pastërtinë e kristaleve dhe duke matur rezultatet, ata ishin në gjendje të tregonin se këto parashikime teorike ishin vërtet të sakta.
Gjithashtu interesante: NASA do të nisë kompjuterë kuantikë për të përpunuar dhe ruajtur "malet" e të dhënave
Kompjuterë kuantikë më të shpejtë?
Është veçanërisht interesante lidhja midis ngatërrimit të një objekti kuantik dhe korpuskularitetit dhe valëzimit të tij. Pajisjet kuantike që mund të fuqizojnë internetin kuantik bazohen në ndërthurje. Interneti kuantik është një analogji kuantike e asaj që është Interneti për kompjuterët klasikë. Duke lidhur shumë kompjuterë kuantikë së bashku dhe duke i lejuar ata të ndajnë të dhëna, shkencëtarët shpresojnë të fitojnë më shumë fuqi sesa mund të arrihet me një kompjuter të vetëm kuantik.
Por në vend që të dërgojmë copa poshtë një fibër optike, gjë që bëjmë për të fuqizuar internetin klasik, ne duhet të ngatërrojmë kubit për të formuar internetin kuantik. Të jesh në gjendje të matim ndërthurjen e një grimce dhe valëzimin e një fotoni do të thotë që ne mund të gjejmë mënyra më të thjeshta për të kontrolluar cilësinë e internetit kuantike.
Për më tepër, vetë kompjuterët kuantikë mund të bëhen më të mirë duke përdorur dualizmin e valëve të grimcave. Sipas propozimit të studiuesve nga Universiteti Tsinghua i Kinës, është e mundur që një kompjuter i vogël kuantik të përdoret përmes një rrjete me shumë çarje për të rritur fuqinë e tij. Një kompjuter i vogël kuantik do të përbëhej nga disa atome që vetë përdoren si kubit, dhe pajisje të tilla tashmë ekzistojnë.
Kalimi i këtyre atomeve nëpër një rrjetë me shumë çarje është shumë i ngjashëm me kalimin e dritës përmes një të çare të dyfishtë, edhe pse sigurisht pak më i ndërlikuar. Kjo do të krijojë më shumë gjendje kuantike të mundshme, të cilat, nga ana tjetër, do të rrisin fuqinë e kompjuterit "të ndezur". Matematika pas kësaj është shumë e ndërlikuar për t'u shpjeguar në këtë punim, por rezultati i rëndësishëm është se një kompjuter i tillë me dy kuantikë mund të jetë më i mirë në llogaritjen paralele sesa kompjuterët kuantikë konvencionalë. Llogaritja paralele është gjithashtu e zakonshme në llogaritjen klasike dhe në thelb i referohet aftësisë së një kompjuteri për të kryer llogaritje të shumta në të njëjtën kohë, duke e bërë atë më të shpejtë në përgjithësi.
Pra, ndërsa ky është një hulumtim shumë themelor, aplikimet e mundshme janë tashmë në horizont. Për momentin është e pamundur të vërtetohet, por këto zbulime mund të shpejtojnë kompjuterët kuantikë dhe të përshpejtojnë paksa shfaqjen e internetit kuantike.
Gjithashtu interesante: Kina ka krijuar një kompjuter kuantik që është një milion herë më i fuqishëm se ai i Google
Shumë themelore, por shumë interesante
E gjithë kjo duhet marrë me një skepticizëm të madh. Hulumtimi është solid, por është gjithashtu shumë themelor. Siç ndodh zakonisht në shkencë dhe teknologji, ka një rrugë të gjatë nga kërkimi bazë deri në aplikimet e botës reale.
Por studiuesit nga Koreja zbuluan një gjë shumë interesante: misteri i dualizmit të valëve të grimcave nuk do të zhduket së shpejti. Përkundrazi, duket se është aq i rrënjosur në të gjitha objektet kuantike sa është më mirë ta përdorim atë. Me bazën e re sasiore që lidhet me pastërtinë e burimit, kjo do të jetë më e lehtë për t'u bërë.
Një nga rastet e para të përdorimit mund të ndodhë në llogaritjen kuantike. Siç kanë treguar shkencëtarët, ngatërrimi kuantik dhe dualizmi i valëve të grimcave janë të lidhura. Kështu, në vend të ngatërrimit, mund të matet sasia e valëzimit dhe korpuskularitetit. Kjo mund të ndihmojë shkencëtarët që punojnë në krijimin e një interneti kuantik. Ose mund të përdorni dualiteti për të përmirësuar kompjuterët kuantikë dhe për t'i bërë ata më të shpejtë. Sido që të jetë, duket se kohët kuantike emocionuese janë afër.
Lexoni gjithashtu:
Faleminderit për artikullin! "Programet e mundshme janë tashmë në horizont" - ndoshta jo programe, por aplikacione?
Faleminderit, shumë interesante. Më shumë artikuj të tillë.
Faleminderit! Ne do te perpiqemi ;)