Fysikere opdager, hvordan fundamentale partikler mister overblikket over kvantemekaniske egenskaber

Cambridge, MA - I en banebrydende opdagelse har et hold fysikere ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) afsløret den skjulte mekanisme bag, hvordan fundamentale partikler, såsom elektroner og fotoner, går fra deres iboende kvantemekaniske tilstand til klassisk adfærd. Denne forståelse har dybtgående implikationer for fremme af kvanteberegning, forbedring af præcisionen af ​​måleinstrumenter og afdækning af kvantefysikkens mysterier.

Kvanteverdenen, styret af kvantemekanikkens principper, udviser mærkelige og kontraintuitive fænomener, der trodser vores hverdagserfaringer. Blandt disse er det gådefulde fænomen kendt som dekohærens, hvor kvanteegenskaber gradvist forsvinder, efterhånden som en partikel interagerer med sit miljø. I årtier har fysikere kæmpet med at forstå de præcise mekanismer, der driver dekohærens.

MIT-forskerholdet, ledet af professor Sarah Williams og postdoc-stipendiat Dr. David Bennett, udførte sofistikerede eksperimenter med ultrakolde atomer og præcisionslasere for at skille den indviklede dans mellem kvante og klassisk adfærd ud. Ved omhyggeligt at manipulere atomernes miljø og måle kvantekohærens med hidtil uset nøjagtighed, afslørede forskerne den grundlæggende mekanisme, der understøtter dekohærens.

Deres resultater afslører, at dekohærens opstår fra partiklernes interaktion med elektromagnetiske baggrundsfelter - de allestedsnærværende bølger af elektrisk og magnetisk energi, der gennemsyrer hele rummet. Disse felter, som genereres af ladede partiklers bevægelse og kvantevakuumets udsving, fungerer som små "forstyrrelser", der forstyrrer partiklernes sarte kvantekohærens.

"Vores eksperimenter giver det første direkte bevis på, hvordan kvanteverdenen, styret af superposition og sammenfiltring, interagerer med og går over til den klassiske verden," forklarer professor Sarah Williams. "Denne opdagelse åbner et nyt kapitel i vores søgen efter at udnytte kvanteeffekter og bane vejen for realisering af praktiske kvanteteknologier."

Evnen til at kontrollere og manipulere dekohærens er afgørende for realiseringen af ​​kvanteberegning - en potentiel revolution, der lover eksponentiel fremskyndelse af beregningskraft. Ved at minimere virkningerne af dekohærens kan kvantecomputere udføre komplekse beregninger, der i øjeblikket er vanskelige at behandle med klassiske computere. Indsigten opnået fra denne forskning tilbyder en vej mod mere robuste kvantesystemer og forbedret ydeevne af kvantealgoritmer.

Dr. David Bennett understreger, "Dette gennembrud lover også forbedringer i følsomheden af ​​måleinstrumenter, især i præcisions atomure og gravitationsbølgedetektorer. Den grundlæggende forståelse af dekohærens vil gøre os i stand til at designe eksperimenter, der er mindre modtagelige for miljøstøj og giver mere nøjagtige mål."

Forskerholdets resultater, offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Nature Physics, repræsenterer et væsentligt spring i vores forståelse af det grundlæggende samspil mellem kvante- og klassisk adfærd. Efterhånden som fysikere fortsætter med at dykke ned i dekohærensens mysterier, kan grænserne mellem kvante- og klassiske riger udviskes, hvilket indvarsler nye grænser inden for videnskab og teknologi.