Kuantum Sisteminde "Poincaré Dönüşü": Her şey kökenine geri döner
Kılavuz
Son zamanlarda, Avusturya'daki Viyana Teknoloji Üniversitesi'nden araştırmacılar, çok parçacıklı bir kuantum sisteminde "Poincaré gerilemesini" başarıyla gösterdi.
arka fon
Fizik tarihinde görelilik, kuantum mekaniği vb. Gibi birçok dikkate değer başarılar olmuştur. Bununla birlikte, modern kaos teorisinin temeli olan "Poincaré Tekrarlama Teoremi" ("Poincaré Tekrarlama Teoremi") de bunlardan biridir. Teoremin genel açıklaması aşağıdaki gibidir:
Dış kuvvetlerden etkilenmeyen sonlu, kapalı ve yalıtılmış bir malzeme hareket sistemi kaçınılmaz olarak periyodik iç hareketler yapacaktır.Bu, Poincaré regresyon teorisi olarak da bilinen ilk durum tekrarlama teoremi olarak adlandırılır.
Basitçe söylemek gerekirse, izole edilmiş ve sınırlı bir sistem, uzun vadeli evrim sürecinde başlangıç durumuna çok yakın bir duruma geri dönecektir. Bu, sonlu sistemlerin döngüsüdür. Örneğin, bir kapta gaz parçacıkları düzensiz bir şekilde dönüyor ve bir süre sonra orijinal konumlarına geri dönecekler.
(Resim kaynağı: Viyana Teknoloji Üniversitesi)
"Poincaré regresyonu" girişim modelinde de bulunabilir.Bir süre sonra, orijinal paralel modele geri dönecektir.
(Resim kaynağı: Viyana Teknoloji Üniversitesi)
Son yıllarda, bilim adamları bu teoriyi kuantum mekaniği dünyasına nasıl uygulayacaklarını araştırıyorlar.
Yenilikçilik
Son zamanlarda, Avusturya'daki Viyana Teknoloji Üniversitesi'nden araştırmacılar, çok parçacıklı bir kuantum sisteminde "Poincaré rekürrensini" başarıyla gösterdi. Araştırma sonuçları "Science" dergisinde yayınlandı.
(Resim kaynağı: Viyana Teknoloji Üniversitesi)
(Resim kaynağı: Viyana Teknoloji Üniversitesi)
teknoloji
19. yüzyılın sonunda Fransız bilim adamı Henri Poincaré, pek çok gezegen ve asteroitten oluşan güneş sistemi veya birbiriyle çarpışmaya devam eden gaz parçacıkları gibi tam olarak tam olarak analiz edilemeyen sistemler üzerinde çalıştı. Araştırma sonuçları şaşırtıcı: fiziksel olarak mümkün olan her durum bir noktada (en azından çok yakın) sistem tarafından işgal edilecek. Yeterince uzun süre beklersek, bir noktada tüm gezegenler bir tesadüf gibi düz bir çizgi oluşturacaktır. Kutudaki gaz parçacıkları ilginç desenler oluşturacak veya deney başladığında bulundukları duruma geri dönecektir.
Benzer teorilerin kuantum sistemlerine de uygulanabileceği gösterilmiştir. Ancak kuantum sistemleri tamamen farklı kurallara sahiptir. Avusturya, Viyana Teknoloji Üniversitesi Atom ve Atomaltı Fiziği Enstitüsü'nden Profesör Jörg Schmiedmayer şunları söyledi: Kuantum fiziğinde bu sorunu tamamen yeni bir şekilde çözmeliyiz. Çok temel nedenlerden dolayı, birçok parçacıktan oluşan büyük bir kuantum Sistemin durumu hiçbir zaman mükemmel ölçülemez. Ek olarak, parçacıklar bağımsız nesneler olarak kabul edilemez ve bunların dolanmasını kuantum mekaniği anlamında ele almalıyız. "
Bilim adamları, kuantum sistemlerinde "Poincaré gerilemesi" ni göstermek için çalışıyorlar, ancak şimdiye kadar yalnızca çok az sayıda parçacık gösterildi ve bu parçacıkların durumu olabildiğince doğru bir şekilde ölçülebiliyor. Bu süreç son derece karmaşıktır ve sistemi başlangıç durumuna geri getirme süresi, parçacık sayısı arttıkça önemli ölçüde artar. Avusturya, Viyana Teknik Üniversitesi'ndeki Jörg Schmiedmayers ekibi tamamen yeni bir çözüm seçti. Makalenin ilk yazarı Bernhard Rauer, "Sistemin tam iç durumu ile pek ilgilenmiyoruz (ki bu ölçülemez). Bunun yerine, hangi miktarları gözlemleyebiliriz? Bu miktarlar bize genel sistem hakkında bir şeyler söyleyecektir. İlginç şeyler. Ayrıca, bu kümelerin miktarı bir noktada başlangıç değerlerine dönecek mi? "
Ekip, binlerce atomdan oluşan aşırı soğuk gazın davranışını inceledi. Elektromanyetik alanlar sayesinde bu atomlar çip üzerinde uygun konumlara yerleştirilir. Bu proje için teorik hesaplamalardan sorumlu kişi Sebastian Erne şunları söyledi: Bu kuantum gazlarının özelliklerini tanımlayan, gazdaki tutarlılık mesafesi ve uzaydaki farklı noktalar arasındaki korelasyon işlevi gibi birkaç farklı miktar vardır. Bu parametreler bize parçacıkların olduğunu söylüyor. Kuantum mekaniksel etkilerle nasıl yakından bağlantılılar? Günlük sezgimiz bu miktarlarla uğraşmak için kullanılmaz, ancak kuantum mekanik sistemler için çok kritiktir. "
değer
Bu miktarları ölçerek (bunlar tek tek parçacıklarla ilgili değil, tüm sistemin özellikleri hakkındadır), bilim adamlarının uzun zamandır aradıkları kuantum regresyonunu gözlemlemek gerçekten mümkün. Jörg Schmiedmayer, "Atomik çipimiz sayesinde, sistemin özel bir duruma dönme zamanını bile etkileyebiliriz. Bu gerilemeyi ölçerek, atomik kümelerin dinamikleri hakkında, örneğin bir gazdaki sesin hızı hakkında çok şey öğrendik. Veya yoğunluk dalgalarının saçılması. "
Bu eski soru üzerine: Kuantum sistemleri geri dönecek mi? Son cevap evet. Bununla birlikte, regresyon kavramı biraz yeniden tanımlanmalıdır. Sistemin tam iç kuantum durumunu anlamaya çalışmıyoruz çünkü ölçülemez. Bunun yerine, kuantum deneylerinde ölçülebilen miktarlara odaklanmak daha mantıklı geliyor. Bu miktarlar, başlangıç değerlerinden ayrıldıktan sonra ölçülebilir ve sonunda başlangıç durumuna geri dönebilir.
Anahtar kelime
Kuantum teknolojisi, fizik, atom, çip
Referans
[1] https://www.tuwien.ac.at/en/news/news_detail/article/125636/
[2] Bernhard Rauer, Sebastian Erne, Thomas Schweigler, Federica Cataldini, Mohammadamin Tajik, Jörg Schmiedmayer. İzole edilmiş bir kuantum çok cisim sisteminde nüksler . Science, 2018; eaan7938 DOI: 10.1126 / science.aan7938
