الأيونات الملتقطة كمحاكاة كمومية

نجحت محاكاة مغناطيس الكم بمساعدة الفخاخ الأيونية

قراءة بصوت عال

كتاب يحتوي على سبعة أختام لم يعد عالم الفرد الواحد اليوم. لكن لم يعد بالإمكان وصف النظم البسيطة للعديد من الجزيئات الكمومية وفهمها بمساعدة أجهزة الكمبيوتر التقليدية. ومع ذلك ، يصف الباحثون الألمان الآن في "فيزياء الطبيعة" أن الأنظمة الكمومية يمكن محاكاةها من حيث المبدأ بمساعدة أيونات محاصرة في فخ. كحالة نموذجية ، استخدموا انتقال المغناطيس الكمي من المعيار المغنطيسي إلى الترتيب المغنطيسي المغنطيسي.

{} 1L

إن ظواهر المغنطيسية التي كانت معروفة منذ آلاف السنين - على سبيل المثال ، التي تجتذب المغناطيس المواد المعدنية - تعتمد في نهاية المطاف على العمليات الذرية: بالنسبة للعناصر المعينة ، تمتلك الذرات زخمًا زاويًا جوهريًا ، ما يسمى بـ "الدوران" ، والذي ترتبط به لحظة مغناطيسية. نتيجة للتفاعل المتبادل ، فإنهم يسعون جاهدين لمحاذاة أنفسهم أحاديًا والانتقال من حالة غير مغناطيسية وخارجية (شبه مغنطيسية) إلى حالة مغنطيسية مغناطيسية صارمة. إذا كان هناك مجال مغناطيسي خارجي ، فإن هذا يحدد قطبية المغناطيس.

مرحلة الانتقال كحالة نموذجية

بناءً على اقتراح من البروفيسور إجناسيو سيراك ، مدير معهد ماكس بلانك للبصريات الكمومية في جارشينج ودييجو بوراس ، اختبر توبياس شاتس وزملاؤه جدوى المحاكاة الكمومية باستخدام مثل هذا "الانتقال الطوري" كنظام بسيط يتكون من مغناطيسين ذريين أوليين. المبدأ الأساسي بسيط على ما يبدو: يقوم أحدهم بنموذج نظام كمي ، لا يمكن الوصول إليه مباشرة ويمكن التحكم فيه ، بواسطة نظام آخر ، حيث يمكن دراسة الأسئلة المماثلة بدقة ، حيث يمكن أن يتأثر سلوكه وخصائصه ويتغيران على وجه التحديد.

في التجربة الحالية ، يتم تمثيل كل مغنطيس أولي بواسطة أيون مغنسيوم موجب الشحنة ، يتم تخزينه في "فخ بول" وبعيدًا عن عرضه

البيئة معزولة. بالإضافة إلى مغناطيس أولي يمكن محاذاته إلى القطب الشمالي أو الجنوبي ، لذلك كل هذه الأيونات يمكن أن تأخذ واحدة من دولتين للطاقة.

تجربة مع الإشعاع اللاسلكي والليزر

يجب على محاكاة الكم محاكاة محاكاة كل من يدور المجاورة وتأثير مجال مغناطيسي خارجي على تدور. في المغناطيس الأولي ، يحدد المجال المغناطيسي الاتجاه المفضل. يستخدم الفيزيائيون الإشعاع الراديوي لتحقيق التأثير المماثل على مستويات الطاقة في أيونات المغنيسيوم. وبالتالي يمكن نقل أيون إلى الانتقال إلى مستوى الطاقة الأخرى. إن تفاعل الجارتين مع بعضهما البعض يحاكي العلماء بموجة دائمة من حزمتين ليزريتين تسحب أو تدفع أيون اعتمادًا على حالة الطاقة الخاصة بها.

تتم إعادة الانتقال من المرحلة شبه المغنطيسية إلى الطور المغنطيسي الحديدي بشكل تجريبي على النحو التالي: لمحاكاة مجال مغناطيسي خارجي ثابت ، يتم تشعيع الفخ مع أيوني المغنيسيوم بالموجات اللاسلكية. في الوقت نفسه ، تزداد كثافة موجة الليزر الثابتة باستمرار. إذا كان تدور محاكاة تدور

التفاعل أقوى بكثير من المجال المغنطيسي المحاكاة والإشعاع اللاسلكي والليزر متوقفان.

تشير أيونات الانارة إلى مستوى الطاقة

الآن يتم فحص عدد الأيونات في أي مستوى الطاقة. لهذا الغرض ، يستفيد المرء من حقيقة أنه لا يمكن صنع سوى مستوى واحد من مستويي الطاقة. إذا كان كلا الأيونيين ينبعثان من الضوء ، فهما في نفس الحالة ، لذلك هناك مرحلة مغنطيسية مغنطيسية ، تدور فيها الدورات - اعتمادًا على نقطة التعريف في اتجاه القطب الشمالي. إذا لم يضيء أي من الأيونيين ، فسيكون طورًا مغنطيسيًا جديدًا ، ولكن مع دوران يدور إلى القطب الجنوبي. إذا تم إضاءة واحد فقط ، فإن الأيونات المتجاورة تكون في حالات طاقة مختلفة ، والتي تتوافق مع مغناطيس مضاد.

في ظل ظروف مماثلة ، يتم إجراء هذا القياس ما يقرب من 10000 مرة ثم يتكرر للمعلمات التجريبية الأخرى ، والتي من خلالها يمكن احتساب احتمال كل اتجاه لتوجه المغناطيس الكم بالنسبة لبعضها البعض. في الواقع ، كلاهما يحدث

مراحل المغناطيسية المغناطيسية مع احتمال متساو. تشير قياسات إضافية إلى أن الحالة النهائية للنظام عبارة عن تراكب متماسك لأمرتي المغناطيس المغنطيسي المحتملين - تتم محاذاة الدورات بشكل متوازٍ ، لكن تشير جميعها إلى القطبين الشمالي والجنوبي في وقت واحد. لا يمكن وصف هذه الظاهرة إلا بمساعدة ميكانيكا الكم.

الكم live

this في هذا النوع من المحاكاة التناظرية ، يمكننا مشاهدة الكم في العمل. "يمكننا تتبع آثار هذه" الحالات المتراكبة "بشكل أفضل ، والتي يسميها آينشتاين" شبحيًا "وتستبعد بعضها بعضًا من وجهة نظرنا الكلاسيكية" ، يشرح Sch TZ. described التجربة الموصوفة هنا لها ولكن قبل كل شيء شخصية أ

دراسة الجدوى: لقد أظهرنا أنه يمكن إجراء عمليات محاكاة كمية بسيطة باستخدام مصيدة أيونية ".

تخطط مجموعة MPQ الآن لتحقيق ترتيبات أكبر ثنائية الأبعاد في نهاية المطاف تصل إلى 20 في 20 أيونات باستخدام تقنيات مصيدة أيونية جديدة. وبالتالي يمكن محاكاة النظم المعقدة ومعالجة الأسئلة المهمة لفيزياء الحالة الصلبة. نظرًا لأنه يمكن توسيع المفهوم ليشمل أنظمة الكم الأكبر ، فإن مثل هذه المحاكاة يمكن أن تساعد في فهم الظواهر غير المفسرة بشكل أفضل مثل الموصلية الفائقة عالية الحرارة.

(معهد ماكس بلانك للبصريات الكمومية ، 31.07.2008 - NPO)