منوعات

نوع جديد من التبريد لمحاكيات الكم

تواجه التجارب الكمومية دائمًا نفس المشكلة، سواء كانت تتضمن أجهزة كمبيوتر كمومية، أو النقل الآني الكمي، أو أنواعًا جديدة من أجهزة الاستشعار الكمومية: فالتأثيرات الكمومية تنهار بسهولة شديدة. فهي حساسة للغاية للاضطرابات الخارجية، على سبيل المثال للتقلبات الناجمة ببساطة عن درجة الحرارة المحيطة. لذلك من المهم أن نكون قادرين على تبريد التجارب الكمومية بأكبر قدر ممكن من الكفاءة.

في جامعة فيينا (فيينا)، تم إثبات أن هذا النوع من التبريد يمكن تحقيقه بطريقة جديدة مثيرة للاهتمام: يتم تقسيم مكثف بوز-آينشتاين إلى جزأين، ليس بشكل مفاجئ ولا ببطء خاص، ولكن مع ديناميكيات زمنية محددة للغاية. وهذا يضمن تجنب التقلبات العشوائية بأقصى قدر ممكن. وبهذه الطريقة، يمكن تقليل درجة الحرارة ذات الصلة في مكثفات بوز-آينشتاين شديدة البرودة بالفعل بشكل كبير. وهذا أمر مهم بالنسبة للمحاكيات الكمومية، والتي تستخدم في جامعة TU Wien لفهم التأثيرات الكمومية بشكل أفضل والتي لم يكن من الممكن دراستها باستخدام الطرق السابقة.

أجهزة محاكاة الكم

يوضح ماكسيميليان بروفر، الذي يبحث عن طرق جديدة في المعهد الذري التابع لجامعة TU Wien بمساعدة منحة Esprit من FWF: “نحن نعمل باستخدام أجهزة المحاكاة الكمومية في بحثنا”. “محاكيات الكم هي أنظمة يتم تحديد سلوكها من خلال تأثيرات ميكانيكا الكم والتي يمكن التحكم فيها ومراقبتها بشكل جيد. وبالتالي يمكن استخدام هذه الأنظمة لدراسة الظواهر الأساسية لفيزياء الكم والتي تحدث أيضًا في أنظمة كمومية أخرى، والتي لا يمكن دراستها على أنها بسهولة.”

هذا يعني أنه يتم استخدام النظام المادي لتعلم شيء ما عن الأنظمة الأخرى. هذه الفكرة ليست جديدة تمامًا في الفيزياء: على سبيل المثال، يمكننا أيضًا إجراء تجارب على موجات الماء لمعرفة المزيد عن الموجات الصوتية – لكن رصد موجات الماء أسهل.

يوضح ماكسيميليان بروفر: “في فيزياء الكم، أصبحت أجهزة المحاكاة الكمومية أداة مفيدة للغاية ومتعددة الاستخدامات في السنوات الأخيرة”. “من بين أهم الأدوات لصنع أنظمة نموذجية مثيرة للاهتمام هي سحب الذرات شديدة البرودة، مثل تلك التي ندرسها في مختبرنا.” في المقال الحالي المنشور في الفحص البدني، قام العلماء بقيادة يورج شميدماير وماكسيميليان بروفر بدراسة كيفية تطور التشابك الكمي مع مرور الوقت وكيف يمكن استخدام ذلك لتحقيق توازن درجة حرارة أكثر برودة من ذي قبل. تعد المحاكاة الكمومية أيضًا موضوعًا رئيسيًا لمجموعة التميز QuantA التي تم إطلاقها مؤخرًا، والتي يتم من خلالها دراسة الأنظمة الكمومية المختلفة.

كلما كان الجو باردًا، كان ذلك أفضل

إن العامل الحاسم الذي يحد حاليًا من مدى ملاءمة مثل هذه المحاكيات الكمومية هو درجة حرارتها: “كلما قمنا بتبريد درجات حرية المكثفات المثيرة للاهتمام بشكل أفضل، كلما تمكنا من العمل معها بشكل أفضل وتعلمنا منها أكثر”. يقول ماكسيميليان بروفر.

هناك طرق مختلفة لتبريد شيء ما: على سبيل المثال، يمكنك تبريد الغاز عن طريق زيادة حجمه ببطء شديد. مع مكثفات بوز-آينشتاين شديدة البرودة، عادةً ما يتم استخدام حيل أخرى: يتم التخلص من الذرات الأكثر نشاطًا بسرعة حتى تبقى فقط مجموعة من الذرات ذات طاقة منخفضة بشكل منتظم إلى حد ما، وبالتالي تكون أكثر برودة.

يقول تيانتيان تشانغ، المؤلف الأول للدراسة، والذي درس هذا الموضوع كجزء من أطروحته للدكتوراه في كلية الدكتوراه بمركز فيينا لعلوم وتكنولوجيا الكم: “لكننا نستخدم تقنية مختلفة تمامًا”. “لقد قمنا بإنشاء مكثف بوز-آينشتاين ثم نقسمه إلى قسمين عن طريق إنشاء حاجز في المنتصف.” عدد الجسيمات التي تنتهي على الجانبين الأيمن والأيسر من الحاجز غير محدد. بسبب قوانين فيزياء الكم، هناك بعض عدم اليقين هنا. يمكن للمرء أن يقول أن الجانبين موجودان في حالة تراكب فيزياء الكم لحالات مختلفة من أعداد الجسيمات.

يوضح ماكسيميليان بروفر: “في المتوسط، يوجد 50% بالضبط من الجسيمات على اليسار، و50% على اليمين”. “لكن فيزياء الكم تقول أن هناك دائمًا بعض التقلبات. التقلبات، أي الانحرافات عن القيمة المتوقعة، ترتبط ارتباطًا وثيقًا بدرجة الحرارة.”

بارد من خلال التحكم في التقلبات

تمكن فريق البحث من TU Wien من إظهار: لا يعد الانقسام المفاجئ للغاية أو البطيء للغاية لمكثفات بوز-آينشتاين هو الأمثل. ويجب إيجاد حل وسط، وهو طريقة ذكية لتقسيم المكثفات ديناميكيًا، من أجل التحكم بشكل أفضل في التقلبات الكمومية. لا يمكن حساب ذلك: لا يمكن حل هذه المشكلة باستخدام أجهزة الكمبيوتر التقليدية. ولكن من خلال التجارب، تمكن فريق البحث من إظهار: أنه يمكن استخدام ديناميكيات التقسيم المناسبة لقمع التقلب في عدد الجسيمات، مما يؤدي بدوره إلى انخفاض في درجة الحرارة المطلوبة.

يوضح ماكسيميليان بروفر: “توجد مقاييس مختلفة لدرجة الحرارة في وقت واحد في هذا النظام، ونحن نخفض مقياسًا محددًا للغاية”. “لذلك لا يمكنك التفكير في الأمر على أنه ثلاجة صغيرة تصبح أكثر برودة بشكل ملحوظ بشكل عام. ولكن هذا ليس ما نتحدث عنه: إزالة التقلبات هو بالضبط ما نحتاجه لنكون قادرين على استخدام نظامنا كمحاكي كمي حتى أفضل من ذي قبل، ويمكننا الآن استخدامه للإجابة على أسئلة في فيزياء الكم الأساسية التي لم يكن من الممكن الوصول إليها في السابق.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى