होम > दबाएँ > क्वांटम दुनिया में एक गति सीमा भी लागू होती है: बॉन विश्वविद्यालय द्वारा अध्ययन जटिल क्वांटम संचालन के लिए न्यूनतम समय निर्धारित करता है
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| बॉन विश्वविद्यालय में इंस्टीट्यूट ऑफ एप्लाइड फिजिक्स में प्रथम लेखक मनोलो रिवेरा लाम (बाएं) और प्रमुख अन्वेषक डॉ। एंड्रिया अल्बर्टी (दाएं)। श्रेय © वोल्कर लैन्र्ट / यूनी बॉन |
सार:
यहां तक कि अपने स्वयं के विशेष नियमों के साथ सबसे छोटे कणों की दुनिया में, चीजें असीम तेजी से आगे नहीं बढ़ सकती हैं। बॉन विश्वविद्यालय के भौतिकविदों ने अब दिखाया है कि जटिल क्वांटम संचालन के लिए गति सीमा क्या है। अध्ययन में MIT के वैज्ञानिकों, हैम्बर्ग, कोलोन और पडुआ के विश्वविद्यालयों और ज्यूलिच रिसर्च सेंटर को भी शामिल किया गया। परिणाम अन्य बातों के अलावा, क्वांटम कंप्यूटर की प्राप्ति के लिए महत्वपूर्ण हैं। वे प्रतिष्ठित जर्नल फिजिकल रिव्यू एक्स में प्रकाशित हुए हैं, और अमेरिकन फिजिकल सोसायटी की भौतिकी पत्रिका द्वारा कवर किया गया है।
क्वांटम दुनिया में एक गति सीमा भी लागू होती है: बॉन विश्वविद्यालय द्वारा अध्ययन जटिल क्वांटम संचालन के लिए न्यूनतम समय निर्धारित करता है
बॉन, जर्मनी | 19 फरवरी, 2021 को पोस्ट किया गया
मान लीजिए कि आप एक वेटर का निरीक्षण करते हैं (लॉकडाउन पहले से ही इतिहास है) जो नए साल की पूर्व संध्या पर आधी रात से कुछ मिनट पहले शैंपेन के गिलास की एक पूरी ट्रे परोसना होता है। वह शीर्ष गति से अतिथि से अतिथि के पास पहुंचता है। अपनी तकनीक के लिए धन्यवाद, काम के कई वर्षों में सिद्ध, वह फिर भी कीमती तरल की एक बूंद भी नहीं फैलाने का प्रबंधन करता है।
थोड़ी सी चाल उसे ऐसा करने में मदद करती है: जबकि वेटर अपने कदमों को तेज करता है, वह ट्रे को थोड़ा सा झुकता है ताकि शैंपेन चश्मे से बाहर न निकल जाए। मेज पर आधे रास्ते में, वह इसे विपरीत दिशा में झुकाता है और धीमा हो जाता है। केवल जब वह पूरी तरह से रुकने के लिए आता है, तो उसे फिर से सीधा पकड़ लेता है।
परमाणु शैंपेन के समान कुछ मायनों में हैं। उन्हें पदार्थ की तरंगों के रूप में वर्णित किया जा सकता है, जो एक बिलियर्ड बॉल की तरह नहीं, बल्कि एक तरल की तरह व्यवहार करता है। जो कोई भी एक स्थान से दूसरे स्थान पर परमाणुओं को जल्दी से जल्दी पहुंचाना चाहता है, उसे नए साल की पूर्व संध्या पर वेटर की तरह कुशल होना चाहिए। "और फिर भी, एक गति सीमा है जो इस परिवहन से अधिक नहीं हो सकती है," डॉ। एंड्रिया अल्बर्टी बताते हैं, जिन्होंने बॉन विश्वविद्यालय के इंस्टीट्यूट ऑफ एप्लाइड फिजिक्स में इस अध्ययन का नेतृत्व किया।
शैंपेन विकल्प के रूप में सीज़ियम परमाणु
अपने अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने प्रयोगात्मक रूप से जांच की कि यह सीमा कहां है। उन्होंने एक शैंपेन विकल्प के रूप में एक सीज़ियम परमाणु का इस्तेमाल किया और दो लेजर बीम पूरी तरह से सुपरइम्पोज़्ड थे लेकिन एक दूसरे के खिलाफ एक ट्रे के रूप में निर्देशित थे। भौतिकविदों द्वारा हस्तक्षेप कहा जाने वाला यह सुपरपोजिशन प्रकाश की एक स्थायी लहर बनाता है: पहाड़ों और घाटियों का एक क्रम जो शुरू में नहीं चलता है। "हम इन घाटियों में से एक में परमाणु लोड करते हैं, और फिर गति में खड़ी लहर सेट करते हैं - यह घाटी की स्थिति को ही विस्थापित करता है," अल्बर्टी कहते हैं। "हमारा लक्ष्य परमाणु को घाटी से बाहर फैलाने के बिना कम से कम समय में लक्ष्य स्थान पर पहुंचाना था, इसलिए बोलना था।"
तथ्य यह है कि सूक्ष्म जगत में गति सीमा पहले से ही सैद्धांतिक रूप से दो सोवियत भौतिकविदों, लियोनिद मंडेलस्टम और इगोर टैम द्वारा 60 से अधिक साल पहले प्रदर्शित की गई थी। उन्होंने दिखाया कि एक क्वांटम प्रक्रिया की अधिकतम गति ऊर्जा अनिश्चितता पर निर्भर करती है, अर्थात, कैसे "मुक्त" हेरफेर किया गया कण इसके संभावित ऊर्जा राज्यों के संबंध में है: जितनी अधिक ऊर्जावान स्वतंत्रता है, यह उतना ही तेज़ है। उदाहरण के लिए, एक परमाणु के परिवहन के मामले में, घाटी जितनी गहरी घाटी में सीज़ियम परमाणु फँसी है, उतनी ही घाटी में क्वांटम राज्यों की ऊर्जा फैलती है, और अंततः जितनी तेज़ी से परमाणु पहुँचाया जा सकता है। वेटर के उदाहरण में कुछ ऐसा ही देखा जा सकता है: यदि वह केवल चश्मे को आधा भरा (मेहमानों के लिए) में भरता है, तो वह कम जोखिम चलाता है कि शैंपेन तेजी से फैलता है और गिरता है। हालांकि, एक कण की ऊर्जावान स्वतंत्रता को मनमाने ढंग से नहीं बढ़ाया जा सकता है। "हम अपनी घाटी को असीम रूप से गहरा नहीं बना सकते हैं - यह हमें बहुत अधिक ऊर्जा खर्च करेगा," अल्बर्टी जोर देते हैं।
बीम मी अप स्कॉटी!
मंडेलस्टम और टैम की गति सीमा एक मौलिक सीमा है। हालाँकि, कोई इसे केवल कुछ परिस्थितियों में, केवल दो क्वांटम राज्यों वाले सिस्टम में ही पहुँच सकता है। "हमारे मामले में, उदाहरण के लिए, ऐसा तब होता है जब उत्पत्ति और गंतव्य एक दूसरे के बहुत करीब होते हैं," भौतिक विज्ञानी बताते हैं। "फिर दोनों स्थानों पर परमाणु की तरंगें ओवरलैप होती हैं, और परमाणु को एक ही बार में अपने गंतव्य के लिए सीधे ले जाया जा सकता है, अर्थात, स्टार ट्रेक के स्टारशिप एंटरप्राइज में टेलीपोर्टेशन की तरह - बीच में बिना किसी रोक-टोक के।"
हालाँकि, स्थिति भिन्न होती है जब बॉन प्रयोग की तरह दूरी कई दर्जन तरंग तरंगों तक बढ़ जाती है। इन दूरियों के लिए, प्रत्यक्ष टेलीपोर्टेशन असंभव है। इसके बजाय, कण को अपने अंतिम गंतव्य तक पहुंचने के लिए कई मध्यवर्ती राज्यों से गुजरना चाहिए: दो-स्तरीय प्रणाली एक बहु-स्तरीय प्रणाली बन जाती है। अध्ययन से पता चलता है कि दो सोवियत भौतिकविदों द्वारा भविष्यवाणी की गई इस तरह की प्रक्रियाओं से कम गति सीमा लागू होती है: यह न केवल ऊर्जा अनिश्चितता से निर्धारित होती है, बल्कि मध्यवर्ती राज्यों की संख्या से भी निर्धारित होती है। इस तरह, काम जटिल क्वांटम प्रक्रियाओं और उनके बाधाओं की सैद्धांतिक समझ में सुधार करता है।
क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए भौतिकविदों के निष्कर्ष कम से कम महत्वपूर्ण नहीं हैं। क्वांटम कंप्यूटरों के साथ जो गणनाएँ संभव हैं, वे बहु-स्तरीय प्रणालियों के हेरफेर पर आधारित हैं। क्वांटम राज्य बहुत नाजुक होते हैं, हालांकि। वे केवल कुछ समय के अंतराल पर रहते हैं, जिसे भौतिक विज्ञानी सुसंगत समय कहते हैं। इसलिए इस समय में अधिक से अधिक कम्प्यूटेशनल ऑपरेशन को पैक करना महत्वपूर्ण है। "हमारे अध्ययन से पता चलता है कि हम सुसंगत समय में अधिकतम कितने ऑपरेशन कर सकते हैं," अल्बर्टी बताते हैं। "इससे इसका अधिकतम उपयोग संभव है।"
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अनुदान:
अध्ययन जर्मन रिसर्च फाउंडेशन (DFG) द्वारा सहयोगात्मक अनुसंधान केंद्र SFB / TR 185 OSCAR के हिस्से के रूप में वित्त पोषित किया गया था। जर्मन तकनीक सोसाइटी और जर्मन अकादमिक एक्सचेंज सेवा के सहयोग से रेइनहार्ड फ्रैंक फाउंडेशन द्वारा अनुदान भी प्रदान किया गया था।
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संपर्क:
डॉ। एंड्रिया अल्बर्टी
49-228-733-471
@unibonn
कॉपीराइट © बॉन विश्वविद्यालय
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