פיזיקאים מוצאים דרך לחקור את הממלכה הקוונטית מבלי להרוס הכל

בשנת 1930, הפיזיקאי התיאורטי הגרמני ורנר הייזנברג הגה ניסוי מחשבתי, הידוע כיום בשםהמיקרוסקופ של הייזנברג, כדי לנסות להראות מדוע אי אפשר למדוד את מיקומו של אטום בדיוק בלתי מוגבל. הוא דמיין שהוא מנסה למדוד את מיקומו של משהו כמו אטום על ידי ירי אור לעברו.

האור נע כגל, והייזנברג ידע שאורכי גל שונים יכולים לתת לך דרגות שונות של ביטחון כאשר משתמשים בהם כדי למדוד היכן משהו נמצא בחלל. אורכי גל קצרים יכולים לתת מדידה מדויקת יותר מאשר ארוכים, אז תרצה להשתמש באור עם אורך גל זעיר כדי למדוד היכן נמצא אטום,מכיוון שהאטומים ממש קטנים.אבל יש בעיה: אור נושא גם מומנטום, ואורכי גל קצרים נושאים יותר מומנטום מאשר ארוכים.

זה אומר שאם אתה משתמש באור עם אורך גל קצר כדי למצוא את האטום, אתה תפגע באטום עם כל המומנטום הזה, וזה מעיף אותו ומסתכן בשינוי מוחלט של מיקומו (ותכונות אחרות) שלו בתהליך. השתמש באורכי גל ארוכים יותר, ותזיז את האטום פחות, אבל אתה גם תהיה יותר לא בטוח לגבי המדידה שלך.

אתה במצוקה: כל מדידה משנה את מה שאתה מודד, ומדידות טובות יותר מובילות לשינויים גדולים יותר.

אפשר גם להכין אטומיםבמה שנקרא מצב סבוך, מה שאומר שהם פועלים בשיתוף פעולה כמו אטום בודד, לא משנה כמה הם רחוקים זה מזה. אם אתה דוחף אחד, השאר זזים כאילו דחפת את כולם בנפרד. ואם אתה מבלבל אטום אחד על ידי ירי קצת אור לעברו, אתה בדרך כלל מבלבל את כל האוסף.

בעבר, שתי ההשפעות הללו איפשרו למדוד כיצד אטומים סבוכים מסודרים מבלי להרוס את הסידור ואת- שהוכנו כנראה למטרה מסוימת,אוהב לעשות מחשב קוונטי.

אבל כעת, פיזיקאים בראשות TJ אליוט מאוניברסיטת אוקספורד בבריטניה הציעו דרך למדוד תכונות בקנה מידה גדול של קבוצת אטומים סבוכים מבלי לבלבל את ההסתבכות. זה לא מדידת אטומים בודדים - זה בלתי מוגבל לצמיתות - אבל זה יותר ממה שהפיסיקאים הצליחו לעשות בעבר.

בדרך כלל, כשפיזיקאים מסבכים אטומים, הם צריכים להיזהר שהאטומים כולם יהיו פחות או יותר זהים כשהם מתחילים. אם יש שם הרבה סוגים שונים של אטומים, הם הופכים הרבה יותר קשה להתאים אותם, כך שההסתבכות הופכת שברירית יותר.

אבל עדיין אפשר ליצור קבוצות יציבות של אטומים סבוכים שיש ביניהם כמה חריגים שאינם דומים לקבוצה הראשית, ומחברי המאמר הראו שאפשר להשתמש בחריגים האלה כדי למדוד דברים על הקבוצה הראשית מבלי לבלבל את ההסתבכות שלהם.

זה כולל מידע בסיסי באמת כמו צפיפות האטומים - כמה הם קרובים זה לזה - בזמן שהם סבוכים, מה שמבחינה היסטורית היה מחוץ להישג ידם של פיזיקאים בניסויים בודדים.

לפני כן, פיזיקאים היו צריכים למדוד חבורה שלמה של האטומים המסובכים ממש מהר, והם היו צריכים לקבל שהם משנים דברים ברגע שהם מדדו את האטום הראשון הזה. מדידות נוספות עשויות לבדוק יותר אטומים, אבל הם יהיו יותר ויותר לא בטוחים ככל שיעבור הזמן.

כעת, כל מה שהם צריכים לעשות הוא למדוד את מה שעושים החריגים והם יכולים להבין איך האטומים מתפזרים ללא הכאוס. בתוך גבולות מסוימים, הידע על צפיפות האטומים משתפר - לא גרוע יותר - ככל שמבצעים יותר מדידות.

אומנם, מדידות עדיין משנות קצת את הדברים (עדיין נעשה שימוש באור והמיקרוסקופ של הייזנברג עדיין תקף) אבל המדידות לא יהרסו את כל המערכת כפי שהיו עושים קודם.

שיטה זו למדידת החריגים היא צוהר לתחום חדש עבור פיזיקאים, שבעבר יכלו לראות רק מה עשו האטומים הסתבכו, לא מה הם עושים.

החוקרים דימו מערכת פשוטה כהוכחה למושג, אך הם הראו מתמטית שהיא צריכה לעבוד עם מגוון רחב של מערכות קוונטיות שבהן ההסתבכות משחקת תפקיד מפתח. ושינויים קטנים בשיטה יכולים לאפשר למדוד תכונות כמו מגנטיזציה של אטומים סבוכים, במקום רק את הצפיפות שלהם.

כולם עם אטומים שלא אמורים להיות בקבוצה מלכתחילה. לא נורא, פיזיקאים. לא נורא.

המחקר פורסם בכתב העתסקירה פיזית א.