นักฟิสิกส์หาวิธีตรวจสอบอาณาจักรควอนตัมโดยไม่ทำลายทุกอย่าง

ในปี 1930 นักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวเยอรมันเวอร์เนอร์ไฮเซนเบิร์กมาพร้อมกับการทดลองทางความคิดซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อกล้องจุลทรรศน์ของ Heisenbergเพื่อพยายามแสดงให้เห็นว่าทำไมมันเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดตำแหน่งของอะตอมด้วยความแม่นยำไม่ จำกัด เขาจินตนาการว่าพยายามวัดตำแหน่งของบางสิ่งบางอย่างเช่นอะตอมโดยการยิงแสงที่มัน

แสงเดินทางเป็นคลื่นและไฮเซนเบิร์กรู้ว่าความยาวคลื่นที่แตกต่างกันสามารถให้ความมั่นใจในระดับที่แตกต่างกันเมื่อใช้ในการวัดว่ามีอะไรบางอย่างอยู่ในอวกาศ ความยาวคลื่นสั้นสามารถให้การวัดที่แม่นยำกว่าอันยาวดังนั้นคุณต้องการใช้แสงที่มีความยาวคลื่นเล็ก ๆ เพื่อวัดว่าอะตอมอยู่ที่ไหนเนื่องจากอะตอมมีขนาดเล็กมากแต่มีปัญหา: แสงยังมีโมเมนตัมและความยาวคลื่นสั้นมีแรงผลักดันมากกว่าที่ยาว

นั่นหมายความว่าหากคุณใช้แสงที่มีความยาวคลื่นสั้น ๆ เพื่อค้นหาอะตอมคุณจะตีอะตอมด้วยโมเมนตัมทั้งหมดนั้นและนั่นก็เริ่มต้นและเสี่ยงต่อการเปลี่ยนตำแหน่ง (และคุณสมบัติอื่น ๆ ) ในกระบวนการ ใช้ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นและคุณจะย้ายอะตอมน้อยลง แต่คุณจะไม่แน่ใจเกี่ยวกับการวัดของคุณมากขึ้น

คุณอยู่ในการผูก: การวัดใด ๆ เปลี่ยนแปลงสิ่งที่คุณวัดและการวัดที่ดีกว่านำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่ใหญ่กว่า

นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะเตรียมอะตอมในสิ่งที่เรียกว่ารัฐที่ยุ่งเหยิงซึ่งหมายความว่าพวกเขาทำตัวให้ความร่วมมือเหมือนอะตอมเดียวไม่ว่าพวกเขาจะอยู่ห่างจากกันแค่ไหน หากคุณผลักดันการเคลื่อนไหวที่เหลือเหมือนที่คุณผลักพวกเขาทั้งหมดเป็นรายบุคคล และถ้าคุณทำอะตอมหนึ่งอะตอมโดยการถ่ายภาพบางส่วนคุณมักจะทำให้คอลเลกชันทั้งหมดยุ่งเหยิง

ในอดีตเอฟเฟกต์ทั้งสองนี้ทำให้ไม่สามารถวัดได้ว่าอะตอมที่พันกันถูกจัดเรียงโดยไม่ทำลายการจัดเรียงและความพัวพัน- ซึ่งเตรียมไว้สำหรับวัตถุประสงค์เฉพาะบางอย่างชอบทำคอมพิวเตอร์ควอนตัม

แต่ตอนนี้นักฟิสิกส์นำโดย TJ Elliott จากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดในสหราชอาณาจักรได้เสนอวิธีการวัดคุณสมบัติขนาดใหญ่ของกลุ่มอะตอมที่พันกันโดยไม่ทำให้ยุ่งเหยิง มันไม่ได้วัดอะตอมของแต่ละบุคคล-นั่นเป็นข้อ จำกัด อย่างถาวร-แต่มันเป็นมากกว่านักฟิสิกส์ที่เคยทำมาก่อน

โดยปกติแล้วเมื่อนักฟิสิกส์พัวพันอะตอมพวกเขาจะต้องระวังว่าอะตอมทั้งหมดจะเหมือนกันมากหรือน้อยเมื่อพวกเขาเริ่มต้น หากมีอะตอมหลายชนิดในนั้นพวกมันจะยากที่จะจับคู่ดังนั้นการพัวพันก็จะเปราะบางมากขึ้น

แต่ก็ยังเป็นไปได้ที่จะสร้างกลุ่มอะตอมที่มีความเสถียรซึ่งมีค่าผิดปกติในหมู่พวกเขาที่แตกต่างจากกลุ่มหลักและผู้เขียนกระดาษได้แสดงให้เห็นว่าค่าผิดปกติเหล่านี้สามารถใช้ในการวัดสิ่งต่าง ๆ เกี่ยวกับกลุ่มหลักโดยไม่ทำให้ยุ่งเหยิง

ซึ่งรวมถึงข้อมูลพื้นฐานที่แท้จริงเช่นความหนาแน่นของอะตอม - พวกเขาใกล้เคียงกันมากแค่ไหน - ในขณะที่พวกเขาเข้าไปพัวพันกันซึ่งในอดีตได้รับการเข้าถึงจากนักฟิสิกส์ในการทดลองของแต่ละบุคคล

ก่อนหน้านี้นักฟิสิกส์ต้องวัดอะตอมที่พาดพิงถึงทั้งหมดอย่างรวดเร็วและพวกเขาจะต้องยอมรับว่าพวกเขากำลังเปลี่ยนแปลงสิ่งต่าง ๆ ทันทีที่พวกเขาวัดอะตอมตัวแรก การวัดเพิ่มเติมอาจตรวจสอบอะตอมมากขึ้น แต่พวกเขาจะไม่แน่ใจมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป

ตอนนี้สิ่งที่พวกเขาต้องทำคือวัดสิ่งที่ผิดปกติและพวกเขาสามารถหาได้ว่าอะตอมกระจายอยู่อย่างไรโดยไม่ต้องวุ่นวาย ภายในขอบเขตบางอย่างความรู้เกี่ยวกับความหนาแน่นของอะตอมจะดีขึ้น - ไม่เลวร้ายลง - เนื่องจากมีการวัดมากขึ้น

เป็นที่ยอมรับว่าการวัดยังคงเปลี่ยนสิ่งต่าง ๆ อยู่เล็กน้อย (ยังคงใช้แสงอยู่และกล้องจุลทรรศน์ของไฮเซนเบิร์กยังคงใช้) แต่การวัดจะไม่ทำลายระบบทั้งหมดอย่างที่เคยมีมาก่อน

วิธีการวัดค่าผิดปกตินี้เป็นหน้าต่างสู่อาณาจักรใหม่สำหรับนักฟิสิกส์ซึ่งก่อนหน้านี้สามารถดูได้ว่าอะตอมที่ยุ่งเหยิงทำอะไรไม่ใช่สิ่งที่พวกเขากำลังทำ

นักวิจัยจำลองระบบอย่างง่ายเป็นหลักฐานการพิสูจน์ แต่พวกเขาแสดงให้เห็นว่าทางคณิตศาสตร์ว่าสิ่งนี้ควรทำงานกับระบบควอนตัมที่หลากหลายซึ่งมีบทบาทสำคัญ และการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในวิธีการอาจทำให้สามารถวัดคุณสมบัติเช่นการแม่เหล็กของอะตอมที่พันกันได้แทนที่จะเป็นเพียงความหนาแน่นของพวกเขา

ทั้งหมดมีอะตอมที่ไม่ควรอยู่ในกลุ่มตั้งแต่แรก ไม่เลวนักฟิสิกส์ ไม่เลว

การวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสารทบทวนทางกายภาพก-