Kvantu tehnoloģijas — ierīces, kas darbojas saskaņā ar kvantu mehāniskiem principiem — sola sniegt lietotājiem dažus revolucionārus jauninājumus jebkurā kontekstā. Ironiski, ka tie paši principi bieži rada sarežģījumus, kas neļauj šīm it kā pārsteidzošajām ierīcēm patiešām pacelties.
Jauns pētījums, kas publicēts 14. novembrī Fiziskās apskates vēstulesvēl vairāk nostiprina šo problēmu, demonstrējot citu, nedaudz negaidītu šķērsli – pašu mērījumu. Eksperimentam fiziķi izveidoja mikroskopisku kvantu pulksteni un atklāja, ka kvantu pulksteņu nolasīšanai nepieciešamā enerģija var pieaugt līdz miljardam reižu vairāk, nekā nepieciešams pulksteņa darbināšanai.
Saskaņā ar pētījumu atklājumi izceļ kaut ko, kas “literatūrā bieži tiek ignorēts” vai novērošanas izmaksas kvantu mehānikā. Tajā pašā laikā papildu enerģija varētu radīt iespēju izveidot informatīvākus, īpaši precīzus pulksteņus, ja fiziķi var atrast šādu veidu.
“Paredzams, ka kvantu pulksteņi, kas darbojas ar mazākajiem mērogiem, samazinās laika uzskaites enerģijas izmaksas, taču mūsu jaunais eksperiments atklāj pārsteidzošu pavērsienu,” sacīja Natālija Aresa, pētījuma vecākā autore un fiziķe Oksfordas Universitātē Apvienotajā Karalistē. atbrīvot. “Tā vietā kvantu pulksteņos kvantu ērces ievērojami pārsniedz paša pulksteņa mehānismu.”
Kāds (ārkārtīgi kondensēts) fons
Laiks ir an ārkārtīgi sarežģīta koncepcija kvantu mehānikā; tā ietekme ir vāja vai gandrīz nenozīmīga kvantu jomā. Tomēr reālās dzīves ierīces tiek pakļautas reālās dzīves parādībām, kas mainās atkarībā no laika. Pētniekiem tas nozīmē, ka nākotnes kvantu ierīcēm, piemēram, sensoriem vai navigācijas sistēmām, ir jābūt īpaši precīziem iekšējiem pulksteņiem, lai mazinātu problēmas.
Un tad ir mērījumu problēma, jo slavenais Šrēdingera kaķu domu eksperiments vislabāk parāda šo fenomenu. Kvantu sistēmas var pastāvēt dažādu stāvokļu superpozīcijā, guess, kad novērotājs mēģina izmērīt šo sistēmu, ir tikai viena atbilde. Tātad kaķis varētu būt miris vai dzīvs, guess mēs to neuzzināsim, kamēr neatvērsim šo kasti.
Parasts pulkstenis automātiski ģenerē siltumu — un tāpēc entropijavai kārtības mērs, jo tas atzīmē un reģistrē laika ritējumu. Siltuma ietekme parasti ir tik niecīga, ka vairumā gadījumu tam nav nozīmes, kā rezultātā lielākā daļa kvantu pētnieku ignorē pulksteņa tikšķu ietekmi uz kvantu ierīcēm, norāda pētnieki.
Kvantu ērču mērīšana
Savam eksperimentam komanda izveidoja kvantu pulksteni, kas darbojas uz diviem elektroniem, kas lēca starp diviem dažādiem reģioniem. Katrs lēciens bija līdzvērtīgs parasta pulksteņa “ķeksītim”. Viņi izsekoja mazo elektrisko strāvu un radioviļņu izmaiņām – diviem dažādiem kvantu signāliem – un pārveidoja šīs izmaiņas klasiskos datos laika uzskaitei. Pēc tam pētnieki salīdzināja atlecošo elektronu “ērču” radītās entropijas enerģijas izmaksas un šo ērču mērīšanai nepieciešamo enerģiju.
Pārsteidzoši, viņi atklāja, ka pēdējais “ne tikai samazina pirmo, guess arī nodrošina ievērojami lielāku precizitāti”, teikts rakstā. Tas nozīmē, ka, atmetot efektivitāti, papildu mērījumu enerģija faktiski ļāva komandai precīzāk kontrolēt pulksteni.
Raugoties nākotnē, šādas dinamikas izpratne varētu būt noderīga, lai sinhronizētu ar laiku saistītas darbības progresīvos datoros, sacīja Edvards Lērds, Lankasteras universitātes fiziķis Apvienotajā Karalistē, kurš nav iesaistīts jaunajā darbā. Fizikas žurnāls. Rezultāti rada būtiskākus jautājumus par to, vai pats novērošanas akts ir tas, kas dod laika virzienu, piebilda pētnieki.
“Parādot, ka mērīšanas darbība, nevis tikai pati atzīmēšana, dod laikam virzību uz priekšu, šie jaunie atklājumi rada spēcīgu saikni starp enerģijas fiziku un informācijas zinātni,” paskaidroja Florians Meiers, pētījuma līdzautors un Vīnes Tehniskās universitātes pēcdoktorants Austrijā.
Kā pētnieki atzīmē rakstā, energoefektivitāte ir bijusi konsekventa problēma kvantu tehnoloģiju izstrādē. Tāpēc ir intriģējoši, ka pašreizējā redakcijā šo rakstu varētu uztvert kā aicinājumu novērsties no aparatūras un vēlreiz apskatīt dažus teorētiskajai kvantu mehānikai raksturīgos paradoksus.
