Foreslået test af kvanteoverlejring måler kvanteoplivninger

Fysikere har foreslået en helt ny måde at teste kvanteoverlejringsprincippet på - ideen om, at et kvanteobjekt kan eksistere i flere tilstande på samme tid. Den nye test er baseret på at undersøge kvantrotationen af ​​et makroskopisk objekt - specifikt en nanoskala rotor, som betragtes som makroskopisk trods sin lille størrelse.

Indtil nu, de fleste tests af kvantesuperposition har været baseret på lineær, frem for roterende, bevægelse. Ved at undersøge rotationsbevægelse, den nye test kan føre til applikationer såsom kvanteforbedret momentmåling, og kunne give indsigt i en række åbne spørgsmål, såsom hvad der får kvantebølgefunktionen til at kollapse.

Fysikerne, ledet af Klaus Hornberger ved universitetet i Duisburg-Essen, Tyskland, har offentliggjort et papir om den foreslåede test i et nyligt nummer af New Journal of Physics .

Quantum superposition opstår fordi, på kvanteskalaen, partikler opfører sig som bølger. Ligesom den måde, hvorpå flere bølger kan overlappe hinanden for at danne en enkelt ny bølge, kvantepartikler kan eksistere i flere overlappende tilstande på samme tid. Hvis der opstod kvantesuperposition i hverdagen, vi kan observere fænomener som Schrödingers kat, som er død og levende på samme tid, indtil den måles, tvinger den til at antage en enkelt tilstand.

I det nye papir, forskerne foreslår at svæve en nanoskala rotor ved hjælp af optisk pincet, som dannes af to modspredende polariserede laserstråler, der får rotoren til at flugte tæt med feltpolarisationen. Når bjælkerne er slukket, imidlertid, den tæt orienterede rotor forudsiges hurtigt at sprede sig i en superposition af alle mulige rotationstilstande, når den falder mod jorden på grund af tyngdekraften.

Interessant nok, rotoren forventes at opleve "kvanteoplivninger", hvor, med jævne mellemrum den kollektive interferens i alle rotationstilstande fører til genopståen af ​​den oprindelige tilstand, den indtog, da den blev justeret af laserstrålerne. Orienteringen kan potentielt måles ved at belyse rotoren med en svag sondelaser, og den indfangende laser kunne tændes igen for at fange rotoren i denne tilstand, før den når jorden.

Indtil nu, orienterende kvanteoplivninger er kun blevet observeret i gasser af diatomiske molekyler. Da nanoroderne består af mindst 10, 000 atomer, de er meget større end de diatomiske molekyler, gør det muligt for kvantemekanik at blive testet i et ukendt regime.

Fysikerne forventer, at det vil være muligt at observere kvanteoplivninger af nanoroderne ved hjælp af eksisterende teknologi, såsom ved at bruge et carbon nanorør som rotoren. Hvis så, observationen ville repræsentere en ny makroskopisk test af kvanteoverlejring.

"Ved at observere kvanteoplivningerne, vi håber at bekræfte kvantemekanikken i en hidtil uset masse- og kompleksitetsskala, derved undersøge den kvante-til-klassiske grænse, "Fortalte Hornberger Phys.org .

I fremtiden, medforfatter James Millen, nu på King's College London, planlægger at udføre det foreslåede eksperiment for at opdage makroskopiske kvanteoplivninger.

"At teste, om kvantefysikken bryder sammen ved en høj masse, er spændende, alligevel skræmmende, udfordring, "Millen sagde." Vi må muligvis udvikle helt nye teknologier til at isolere nanoskala partikler, eller endda udføre eksperimenter i rummet. Imidlertid, dette eksperiment, som vi foreslår, åbner en helt ny vej til sondering af gådefulde kvanteeffekter, på en måde, som jeg er overbevist om, er mulig med nutidens teknologi. Desuden, vi vil være i stand til at udnytte denne fysik til at udvikle nyttige enheder med en hidtil uset følsomhed. "

© 2018 Science X Network