क्वांटम सिम्युलेटर के रूप में कैद किए गए आयन

आयन जाल की मदद से क्वांटम मैग्नेट का अनुकरण सफल रहा

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सात मुहरों वाली एक पुस्तक आज व्यक्तिगत क्वांटा की दुनिया नहीं है। लेकिन कई क्वांटम कणों की सरल प्रणालियों को अब शास्त्रीय कंप्यूटरों की मदद से वर्णित और समझा नहीं जा सकता है। हालांकि, जर्मन शोधकर्ताओं ने अब "नेचर फिजिक्स" में वर्णन किया है कि क्वांटम सिस्टम को एक जाल में फंस गए आयनों की मदद से सिद्धांत रूप में अनुकरण किया जा सकता है। एक मॉडल के मामले के रूप में, उन्होंने पैरामैग्नेटिक से फेरोमैग्नेटिक ऑर्डर तक एक क्वांटम चुंबक के संक्रमण का उपयोग किया।

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चुंबकत्व की घटनाएं जो सहस्राब्दी के लिए जानी जाती हैं - उदाहरण के लिए, मैग्नेट धातु पदार्थों को आकर्षित करते हैं - अंततः परमाणु प्रक्रियाओं पर आधारित होते हैं: कुछ तत्वों के लिए, परमाणुओं में एक आंतरिक कोणीय गति होती है, एक तथाकथित "स्पिन", जिससे एक चुंबकीय क्षण जुड़ा हुआ है। पारस्परिक संपर्क के परिणामस्वरूप, वे खुद को एकतरफा संरेखित करने का प्रयास करते हैं और एक अव्यवस्थित रूप से आदेशित फेरोमैग्नेटिक में अव्यवस्थित और बाहरी रूप से गैर-चुंबकीय (पैरामैग्नेटिक) स्थिति से आगे बढ़ते हैं। यदि कोई बाहरी चुंबकीय क्षेत्र है, तो यह मैग्नेट की ध्रुवीयता को निर्धारित करता है।

एक मॉडल केस के रूप में चरण संक्रमण

प्रोफेसर इग्नासियो सिरैक के एक प्रस्ताव के आधार पर, मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर गार्चिंग और डिएगो पोरास में निदेशक, टोबीस श्ट्ज़ और उनके सह-कर्मियों ने दो परमाणु प्राथमिक मैग्नेट की एक सरल प्रणाली के रूप में इस तरह के "चरण संक्रमण" का उपयोग करके क्वांटम सिमुलेशन की व्यवहार्यता का परीक्षण किया। मूल सिद्धांत सरल प्रतीत होता है: एक मॉडल एक क्वांटम प्रणाली है, जो सीधे पहुंच योग्य और नियंत्रणीय नहीं है, दूसरे द्वारा, जिसमें अनुरूप प्रश्नों का सटीक अध्ययन किया जा सकता है, क्योंकि इसके व्यवहार और गुणों को विशेष रूप से प्रभावित और बदला जा सकता है।

वर्तमान प्रयोग में, दो प्राथमिक चुम्बक एक सकारात्मक रूप से आवेशित मैग्नीशियम आयन द्वारा दर्शाए गए हैं, जो "पॉल ट्रैप" में संग्रहीत हैं और उनके प्रदर्शन से बहुत अच्छी तरह से जुड़े हुए हैं।

पर्यावरण अलग-थलग हैं। साथ ही एक प्राथमिक चुंबक उत्तरी या दक्षिणी ध्रुव से संरेखित कर सकता है, इसलिए ये आयन प्रत्येक दो ऊर्जा राज्यों में से एक ले सकते हैं।

रेडियो विकिरण और लेजर के साथ प्रयोग

क्वांटम सिम्युलेटर को पड़ोसी स्पिन की बातचीत और एक स्पिन पर बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव दोनों का अनुकरण करना चाहिए। प्राथमिक मैग्नेट में, चुंबकीय क्षेत्र एक पसंदीदा दिशा को परिभाषित करता है। भौतिक विज्ञानी रेडियो विकिरण का उपयोग मैग्नीशियम आयनों के ऊर्जा स्तरों पर अनुरूप प्रभाव प्राप्त करने के लिए करते हैं। एक आयन को अन्य ऊर्जा स्तर पर एक संक्रमण में ले जाया जा सकता है। एक दूसरे के साथ दो पड़ोसियों की बातचीत वैज्ञानिकों को दो लेजर बीम की एक स्थायी लहर के साथ अनुकरण करती है, जो आयन को अपनी संबंधित ऊर्जा स्थिति के आधार पर खींचती है या धक्का देती है।

पैरामैग्नेटिक से फेरोमैग्नेटिक चरण तक संक्रमण का पुनर्निर्माण प्रयोगात्मक रूप से निम्नानुसार किया जाता है: एक स्थिर बाहरी चुंबकीय क्षेत्र का अनुकरण करने के लिए, दो मैग्नीशियम आयनों के साथ जाल को रेडियो तरंगों के साथ विकिरणित किया जाता है। इसी समय, स्थिर लेजर तरंग की तीव्रता लगातार बढ़ जाती है। यदि नकली स्पिन स्पिन

इंटरमीडिएट नकली चुंबकीय क्षेत्र की तुलना में काफी मजबूत है, रेडियो और लेजर विकिरण को बंद कर दिया जाता है।

Luminescent आयन ऊर्जा स्तर को इंगित करते हैं

अब यह जांच की जाती है कि कितने आयन किस ऊर्जा स्तर में हैं। इस उद्देश्य के लिए, कोई इस तथ्य का उपयोग करता है कि चमकने के लिए केवल दो ऊर्जा स्तरों में से एक बनाया जा सकता है। यदि दोनों आयन प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, तो वे एक ही स्थिति में होते हैं, इसलिए एक फेरोमैग्नेटिक चरण होता है, जिसमें स्पिन - - उत्तरी ध्रुव की दिशा में परिभाषा बिंदु पर निर्भर करता है। यदि दोनों आयनों में से कोई भी जलाया नहीं जाता है, तो यह फिर से एक फेरोमैग्नेटिक चरण होता है, लेकिन दक्षिणी ध्रुव को निर्देशित होने वाले स्पिन के साथ। यदि केवल एक ही प्रबुद्ध होता है, तो दो आसन्न आयन अलग-अलग ऊर्जा राज्यों में होते हैं, जो एक एंटीफिरोमैग्नेट से मेल खाती है।

समान परिस्थितियों में, यह माप लगभग 10, 000 बार किया जाता है और फिर अन्य प्रायोगिक मापदंडों के लिए दोहराया जाता है, जिससे एक दूसरे के सापेक्ष क्वांटम मैग्नेट के अभिविन्यास के लिए संबंधित संभावना की गणना की जा सकती है। वास्तव में, दोनों होते हैं

समान संभावना के साथ फेरोमैग्नेटिक चरण। अतिरिक्त माप से पता चलता है कि सिस्टम की अंतिम स्थिति दो संभावित फेरोमैग्नेटिक ऑर्डर का सुसंगत सुपरपोजिशन है - स्पिन समानांतर में संयोजित होते हैं, लेकिन सभी उत्तर और दक्षिण ध्रुवों पर एक साथ इंगित करते हैं। इस घटना को केवल क्वांटम यांत्रिकी की सहायता से वर्णित किया जा सकता है।

क्वांटम umlive

एनालॉग सिमुलेशन के इस रूप में, हम काम पर क्वांटम देख सकते हैं। हम इन "ओवरलेइंग" राज्यों के निहितार्थों को बेहतर तरीके से ट्रैक कर सकते हैं, जिन्हें आइंस्टीन "भूतिया, " कहते हैं और पारस्परिक रूप से हमारे शास्त्रीय दृष्टिकोण में अनन्य हैं, "Sch बताते हैं TZ। Of यहां वर्णित प्रयोग में सभी के ऊपर एक चरित्र है

व्यवहार्यता अध्ययन: हमने दिखाया है कि आयन क्वांट के साथ सरल क्वांटम सिमुलेशन किया जा सकता है।

MPQ समूह अब नई आयन ट्रैप तकनीकों का उपयोग करके 20 से 20 आयनों तक बड़े, अंततः दो-आयामी व्यवस्था का एहसास करने की योजना बना रहा है। इस प्रकार जटिल प्रणालियों को सिम्युलेटेड किया जा सकता है और ठोस-राज्य भौतिकी के महत्वपूर्ण प्रश्नों को संबोधित किया जा सकता है। चूंकि अवधारणा को बड़ी क्वांटम प्रणालियों तक बढ़ाया जा सकता है, ऐसे सिमुलेशन उच्च-तापमान सुपरकंडक्टिविटी जैसे अस्पष्टीकृत घटनाओं को बेहतर ढंग से समझने में मदद कर सकते हैं।

(क्वांटम ऑप्टिक्स के मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट, 31.07.2008 - एनपीओ)