دانشمندان حرکات تصادفی کوانتومی را بررسی کردند

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، محققان مرکز اطلاعات کوانتوم و زیست‌شناسی در دانشگاه اوزاکا از یون‌های به دام افتاده برای نشان دادن گسترش کوانتا‌های ارتعاشی به عنوان بخشی از یک حرکت تصادفی کوانتومی استفاده کردند. این کار به کنترل دشوار یون‌های منفرد با استفاده از لیزر متکی است و می‌تواند به شبیه‌سازی کوانتومی جدید سیستم‌های بیولوژیکی منجر شود.

یک بازی ساده وجود دارد که می‌توانید با گروهی از دوستانتان بازی کنید. همه شانه به شانه می‌ایستند، سپس هر شخص شیر یا خط می‌اندازد تا تصمیم بگیرد یک قدم به جلو یا عقب برود یا نه. بعد از چندین دوربازی، متوجه می‌شوید که خط منظم شما به طول تصادفی پخش خواهد شد. درحالیکه این بازی بسیار ساده به نظر می‌رسد، دانشمندان متوجه شدند که این «حرکات تصادفی» برای توضیح پدیده‌های متنوعی از انتشار مولکولی گرفته تا مسائل آماری بسیار مفید هستند.

از جمله ویژگی‌های بسیار عجیب مکانیک کوانتوم (قوانین فیزیکی حاکم بر رفتار اشیا کوچک مانند اتم‌های منفرد) ترکیب غافلگیرکننده‌ای از تصادف و پیش‌بینی است. به طور خاص، درحالیکه احتمال یافتن یک ذره در‌ یک مکان خاص بطور قابل پیش‌بینی در طول زمان گسترش می‌یابد، مانند موج در حوض، وقتی واقعا اندازه‌گیری انجام می‌دهید با یک عدم قطعیت ذاتی مواجه می‌شوید. این امر باعث می‌شود که حرکت‌های تصادفی کوانتومی اساسا از همتایان معمولی خود متفاوت باشند.

 

برخلاف مولکول‌های گازی که در یک اتاق پخش می‌شوند، امواج یک حرکت تصادفی کوانتومی می‌تواند با خودش تداخل ایجاد کرده و یک الگوی نوسانی مشخص ایجاد کند.

دانشمندان دانشگاه اورزاکا با ایجاد یک کریستال مصنوعی و به دام انداختن یک ردیف از چهار یون کلسیم توسط لیزر شروع به کار کردند. یون‌ها با بار الکتریکی خود می‌توانند به روی یکدیگر تاثیر بگذارند. سپس، گروه نشان داد که با درخشش یک لیز جداگانه می‌تواند ارتعاش یک یون را آغاز کند.

 

نویسنده اول این مقاله ماسایا تمورا توضیح می‌دهد: «با استفاده از توانایی تهیه و مشاهده یک فوتون موضعی، انتشار آن در یک کریستال خطی چهار یونی می‌تواند با وضوح تک- محلی دیده شود.» با انتظار برای مدت زمان‌های مختلف تا ۱۰ میلی ثانیه، مکان‌های فوتون اندازه‌گیری شده با پیش‌بینی‌های نظری مطابقت داشتند.