Het is een gigantische stap op het gebied van het oneindig kleine. Een team van onderzoekers van de Universiteit van Wenen heeft in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Basel net de grenzen van de geldigheid van de kwantumfysica verlegd. Het is erin geslaagd om het beroemde superpositie-principe op een ongekende schaal toe te passen: 2.000 atomen tegelijk! Het vermenigvuldigt met 30 het gewicht van het object waarmee een kwantuminterferentie kon worden verkregen, waardoor het record van het waargenomen zwaardere kwantumobject wordt verkregen.

Dit alles is al een beetje ingewikkeld om te volgen? We zullen stap voor stap gaan. Om te begrijpen wat een prestatie deze onderzoekers hebben bereikt, moeten we ons eerst een van de pijlers van de kwantummechanica herinneren, deze tak van de fysica die de manier beschrijft waarop microscopische objecten zoals moleculen, atomen of deeltjes. Dit principe is dat van de "dualiteit van golfdeeltjes".

Maar laten we nog een beetje teruggaan. Vergeet niet dat alle specificiteit van een kwantumobject zich in verschillende toestanden tegelijk bevindt: "dood" en "levend" (zoals de beroemde Schrödinger-kat), "zwart" en "wit", "actief" "of" in rust ". Een "klassiek" object, zoals een menselijk lichaam of een voetbal, heeft dit vreemde vermogen niet. Maar waar ligt de grens tussen het kwantumobject en het klassieke object? We weten natuurlijk dat er een maximale grootte is, maar waar moet je dit noodlottige niveau plaatsen? Dit was, in grote lijnen, de inzet van de ervaring van het team van de Universiteit van Wenen, gedetailleerd in een artikel van het tijdschrift Nature Physics .

De ervaring van "slots"

Om een ​​kwantumobject te onderscheiden van een niet-kwantum, is het daarom "genoeg" om te weten of het zich al dan niet in meerdere staten tegelijkertijd bevindt. Er zijn verschillende manieren om dit te doen, waaronder Young's Slot Experience, die bedoeld is om de dualiteit van golfdeeltjes van een kwantumobject te benadrukken. "Dit is de oprichtingservaring van de kwantumfysica", zegt Julien Bobroff, natuurkundige en professor aan de universiteit Paris-Sud Orsay. Laat zien dat een object zich zowel als een golf als als een deeltje gedraagt, en bekijk het dus in al zijn "golf-deeltje dualiteit"!

Zolang je een kwantumobject niet meet, laat het met rust, zal het zich als een golf gedragen. Anderzijds zal het, zodra het wordt gemeten, worden gereduceerd tot de toestand van het deeltje. Maar hoe dan te ontmaskeren, als het in een of andere toestand vouwt nadat het is geprikkeld? Er zijn verschillende manieren om dit te doen, waaronder de Young Slots-ervaring. Dit bestaat, schematisch, uit het passeren van een object tussen slots om te observeren hoe het verschijnt en op een scherm dat aan de andere kant is geplaatst, af te drukken. Afhankelijk van het merk, "interferentie" genaamd, dat het op het scherm zal achterlaten, zullen fysici kunnen bepalen of het kwantum is of niet.

Verleg de grenzen van het zichtbare

In 1999 was dit zelfde team van de Universiteit van Wenen er al in geslaagd kwantuminterferenties te creëren met een molecuul van 60 atomen. De prestatie was al geweldig. Twintig jaar later slaagde ze erin het experiment te reproduceren met een molecuul van 2.000 atomen! Alle virtuositeit van de manipulatie ligt in het feit dat het in staat is geweest om zichtbare interferentie te verkrijgen, want hoe meer een kwantumobject zwaar is, hoe meer deze "moeilijk te zien" zijn (hun golflengte is kleiner). In het geval van het molecuul met 2000 atomen spreken we van een golflengte van 53 femtometers! Ter herinnering, een femtometer is een miljoenste van een miljardste meter waard ...

"Ze hebben hun methodologie verbeterd, vooral de manier om moleculen te verstoren. De technische realisatie is ook slimmer. Maar hoe meer we grote objecten willen testen, hoe meer verfijnd ze zullen zijn", zei Julien Bobroff. " In elk geval hebben ze niets minder gedaan dan het principe van kwantumsuperpositie bevestigen en de reikwijdte van de Schrödinger-vergelijking verder uitbreiden!"

De ervaring van Young's kloven zoals gepresenteerd in de studie. Links het beginpunt van het molecuul, rechts de interferenties verkregen bij de uitgang © Universiteit van Wenen / Universiteit van Basel

Maar de natuurkundige wil nog steeds een detail benadrukken. "In werkelijkheid zijn objecten zwaarder dan die van hen al in een superpositie gemeten. Behalve dat ze erg cool waren, een parameter waarmee de golflengte van een object kan worden vergroot. team van de universiteiten van Wenen en Basel, het werd uitgevoerd bij kamertemperatuur. " Inderdaad, de golflengte van een kwantumobject hangt af van zijn massa en zijn temperatuur. Hoe zwaarder het is, hoe kleiner het is, zoals we hebben gezien, maar het is ook het geval hoe warmer het is. "De ideale observatieomstandigheden worden dus verkregen met een lichtobject bij een zeer lage temperatuur." Helemaal het tegenovergestelde van onze grote molecule op laboratoriumtemperatuur.

Hoop ooit de kwantumcomputer onder de knie te krijgen

Als dit een doorbraak is in puur fundamentele wetenschappen, opent dit het gebied van mogelijkheden op verschillende gebieden: dat van precisiemeting eerst, nadat het de gevoeligheid van gereedschappen nog verder heeft verhoogd, maar ook dat van van quantum computing. "Het laten zien dat een object in twee toestanden tegelijk kan zijn, en vooral om het te besturen, is de elementaire steen van de kwantumcomputer, zelfs als het naar mijn mening nog niet voor morgen is ...", benadrukt Julien Bobroff. "Wat ze ook wisten te doen, is al zo goed dat het genoeg is voor ons geluk."

Het is een gigantische stap op het gebied van het oneindig kleine. Een team van onderzoekers van de Universiteit van Wenen heeft in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Basel net de grenzen van de geldigheid van de kwantumfysica verlegd. Het is erin geslaagd om het beroemde superpositie-principe op een ongekende schaal toe te passen: 2.000 atomen tegelijk! Het vermenigvuldigt met 30 het gewicht van het object waarmee een kwantuminterferentie kon worden verkregen, waardoor het record van het waargenomen zwaardere kwantumobject wordt verkregen.

Dit alles is al een beetje ingewikkeld om te volgen? We zullen stap voor stap gaan. Om te begrijpen wat een prestatie deze onderzoekers hebben bereikt, moeten we ons eerst een van de pijlers van de kwantummechanica herinneren, deze tak van de fysica die de manier beschrijft waarop microscopische objecten zoals moleculen, atomen of deeltjes. Dit principe is dat van de "dualiteit van golfdeeltjes".

Maar laten we nog een beetje teruggaan. Vergeet niet dat alle specificiteit van een kwantumobject zich in verschillende toestanden tegelijk bevindt: "dood" en "levend" (zoals de beroemde Schrödinger-kat), "zwart" en "wit", "actief" "of" in rust ". Een "klassiek" object, zoals een menselijk lichaam of een voetbal, heeft dit vreemde vermogen niet. Maar waar ligt de grens tussen het kwantumobject en het klassieke object? We weten natuurlijk dat er een maximale grootte is, maar waar moet je dit noodlottige niveau plaatsen? Dit was in grote lijnen de inzet van de ervaring van het team van de Universiteit van Wenen

Aanbevolen Editor'S Choice