Kvant Saatı: Oxumaq İşlətməkdən Çox Enerji Sərf Edir

Kvant Texnologiyaları: Kvant Saatlarının Gözlənilməz Ölçmə Xərcləri

Kvant mexanikasının prinsiplərinə əsaslanan kvant texnologiyaları istifadəçilərə inqilabi yeniliklər vəd edir. Lakin bu inanılmaz cihazların geniş yayılmasına mane olan elə həmin prinsiplərin özü tez-tez çətinliklər yaradır. Noyabrın 14-də Physical Review Letters jurnalında dərc olunan yeni bir araşdırma, başqa bir, nisbətən gözlənilməz maneəni — ölçmənin özünü nümayiş etdirərək bu problemi daha da dərinləşdirir. Fiziklər mikroskopik bir kvant saatı quraraq müəyyən ediblər ki, bu saatı oxumaq üçün tələb olunan enerji saatın işləməsi üçün lazım olandan bir milyard dəfəyə qədər çox ola bilər.

Tədqiqatın nəticələri "kvant mexanikasında müşahidənin xərcləri" olaraq adlandırılan, ədəbiyyatda tez-tez nəzərə alınmayan bir məqama işıq tutur. Eyni zamanda, bu əlavə enerji daha informativ və yüksək dəqiqlikli saatların yaradılması üçün bir imkan təqdim edə bilər – əgər fiziklər belə bir yol tapa bilsələr.

Oksford Universitetinin fiziki və tədqiqatın baş müəllifi Natalia Aresin sözlərinə görə, ən kiçik miqyasda işləyən kvant saatları zaman ölçmənin enerji xərclərini azaldacağı gözlənsə də, yeni təcrübə gözlənilməz bir dönüş ortaya qoyub. O, qeyd edib ki, kvant saatlarında "kvant zərbələri" saat mexanizminin özünü qat-qat üstələyir.

Zaman, Kvant Mexanikası Və Ölçmə Problemi

Zaman kvant mexanikasında son dərəcə çətin bir konsepsiyadır; kvant aləmində onun təsiri zəif və ya demək olar ki, əhəmiyyətsizdir. Buna baxmayaraq, real həyat cihazları zamana görə dəyişən real hadisələrə məruz qalır. Tədqiqatçılar üçün bu o deməkdir ki, gələcək kvant cihazları – məsələn, sensorlar və ya naviqasiya sistemləri – problemləri minimuma endirmək üçün ultra-dəqiq daxili saatlara malik olmalıdır.

Digər tərəfdən, məşhur Şredingerin pişiyi düşüncə təcrübəsi ilə yaxşı nümunə göstərilən ölçmə problemi mövcuddur. Kvant sistemləri müxtəlif vəziyyətlərin superpozisiyasında mövcud ola bilər, lakin bir müşahidəçi sistemi ölçməyə çalışdıqda yalnız bir cavab əldə edilir. Yəni, pişik ölü və ya diri ola bilər, lakin biz qutunu açana qədər bunu bilməyəcəyik.

Normal bir saat işlədikcə avtomatik olaraq istilik və buna görə də entropiya (nizam ölçüsü) yaradır. İstiliyin təsiri adətən o qədər kiçikdir ki, əksər hallarda əhəmiyyətsiz olur. Bu da əksər kvant tədqiqatçılarının kvant cihazları üçün saatın "zərbələrinin" təsirlərini nəzərə almamağa səbəb olurdu.

Kvant Saatlarının Ölçülməsi: Yüksək Dəqiqlik Və Enerji Paradoksu

Təcrübələri üçün komanda iki elektronun iki fərqli bölgə arasında sıçraması ilə işləyən bir kvant saatı yaratdı. Hər sıçrayış adi bir saatın "zərbəsinə" bərabər idi. Onlar kiçik elektrik cərəyanları və radio dalğalarındakı – iki fərqli kvant siqnalı – dəyişiklikləri izləyərək bu dəyişiklikləri zamanı ölçmək üçün klassik verilənlərə çevirdilər. Daha sonra tədqiqatçılar sıçrayan elektron "zərbələri" nəticəsində yaranan entropiyanın enerji xərclərini bu zərbələri ölçmək üçün tələb olunan enerji ilə müqayisə etdilər.

Təəccüblü şəkildə, onlar müəyyən etdilər ki, ikinci haldakı ölçmə xərcləri birincini təkcə üstələmir, həm də "dəqiqliyi xeyli artırır". Yəni, səmərəliliyi bir kənara qoysaq, əlavə ölçmə enerjisi komandaya saatı daha dəqiq idarə etməyə imkan verdi.

Gələcəyə baxdıqda, bu cür dinamikanın anlaşılması qabaqcıl kompüterlərdə vaxtla əlaqəli əməliyyatları sinxronlaşdırmaq üçün faydalı ola bilər, yeni işə cəlb olunmayan Lankaster Universitetinin fiziki Edward Laird Physics Magazine jurnalına bildirib. Tədqiqatçılar əlavə ediblər ki, tapıntılar müşahidə aktının zamanın istiqamətini verib-verməməsi ilə bağlı daha fundamental suallar doğurur.

Vyana Texniki Universitetinin postdoktorantı və tədqiqatın həmmüəllifi Florian Meier bildirib ki, "Vaxtın irəli istiqamətini təkcə saatın işləməsi deyil, məhz ölçmə aktının verdiyini göstərməklə, bu yeni tapıntılar enerji fizikası ilə informasiya elmi arasında güclü əlaqə yaradır."

Tədqiqatçıların qeyd etdiyi kimi, enerji səmərəliliyi kvant texnologiyalarının dizaynında ardıcıl bir problem olub. Beləliklə, bu məqalənin hazırkı vəziyyətdə, diqqəti aparat təminatından uzaqlaşdırmağa və nəzəri kvant mexanikasındakı bəzi xas paradokslara qayıtmağa dəvət kimi qəbul edilə bilməsi maraqlıdır.

24 saat