量子論が正しければ、そのようなものから原子のような量子粒子は、非常に奇妙な振る舞いを期待できます。しかし、量子物理学のように見えるかもしれない混乱にもかかわらず、この小さな粒子の驚くべき世界には独自の法則があります。最近、ボン大学の科学者のチームは、量子の世界では、複雑な量子操作のレベルで、速度制限があることを証明することができました。原子は小さくて分割できない粒子であり、ある意味でグラスの中のシャンパンの泡に似ています。それらは物質の波として説明することができますが、それらの動作は液体というよりはビリヤードボールのようなものです。原子をある場所から別の場所に非常にすばやく移動するというアイデアを思いついた人は誰でも、宴会で経験豊富なウェイターのように知識と器用さで行動する必要があります-トレイ上のダースのグラスからシャンパンを一滴こぼさずに、テーブル間を移動します。それでも、実験者は特定の速度制限に直面します。これを超えることはできません。研究の過程で得られた結果は、量子コンピューターの操作にとって重要であり、親愛なる読者がおそらく知っているように、この分野は近年活発に発展しています。
量子物理学は、その核心にいくつかの謎が含まれているため、興味をそそられます。
セシウム原子の例による速度制限
ジャーナルPhysicalに掲載された研究でレビューX、物理学者は複雑な量子操作中に速度制限の存在を実験的に証明することができました。作業の過程で、ボン大学の科学者、マサチューセッツ工科大学（MIT）、ジュリッヒ研究センター、ハンブルク大学、ケルン大学、パドヴァ大学の物理学者が実験的に限界がどこにあるかを発見しました。
このために、科学的研究の著者はセシウム原子を取りましたそして、2つの完全に重ね合わされたレーザービームを互いに向けました。この研究の目的は、セシウム原子がガラスからのシャンパンの滴のように指定された「谷」から「脱落」しないように、セシウム原子を適切な場所にできるだけ早く届けることでした。この物理学の重ね合わせは推論と呼ばれ、最初は動かせない「山」と「谷」のシーケンスに似た定在波の光を作り出します。実験中、物理学者はこれらの「谷」の1つにセシウム原子をロードし、次に定在波を発動させて「谷」の位置をずらしました。
立っている電磁波 -入射波と反射波の干渉によって引き起こされる、伝搬方向に沿った電界と磁界の強度の振幅の周期的な変化。
ボン大学応用物理学研究所の研究著者であるマノロリベララム（左）と主執筆者であるアンドレアアルベルティ博士（右）。大学。
小宇宙に存在するという事実そのもの速度制限は、60年以上前に2人のソビエト物理学者レオニードマンデルスタムとイゴールタムによって理論的に実証されました。彼らは、量子操作の最大速度は、エネルギーの不確実性、つまり、操作された粒子がその可能なエネルギー状態との関係でどれだけ「自由」であるかに依存することを示しました。エネルギーの自由度が高いほど、高速になります。たとえば、セシウム原子を輸送する場合、原子が入る「谷」が深くなるほど、「谷」内の量子状態のエネルギーがより分散され、最終的には原子の移動が速くなります。
注意深く観察すると、似たようなものが見られますレストランのウェイターの場合：（ゲストの要求に応じて）グラスを半分まで満たすと、ウェイターが飲み物を注ぐ速度にもかかわらず、シャンパンがこぼれる可能性が低くなります。それにもかかわらず、単一粒子のエネルギーの自由度を単純に取得して増加させることはできません。 「エネルギーがかかりすぎるため、「谷」を無限に深くすることはできません」と研究の著者は書いています。
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科学の新しい結果
マンデリシュムによって提案された制限速度そしてタムによって基本。ただし、特定の状況下、つまり2つの可能な量子状態しかないシステムで実現できます。たとえば、この調査の場合、これは出発地と目的地が非常に近いときに発生しました。 「その後、両方の場所の原子の物質の波が互いに重なり合い、原子は一度に目的地に直接配信できます。つまり、中間の停止はありません。これはスタートレックのテレポートに似ている、と研究の著者はPhys.orgに語った。
それでも、距離が離れると状況は変わりますボン大学の研究者の実験のように、出発点と目的地の間では、物質の波の数十の値に増加します。そのような距離では、直接テレポートは不可能です。テレポーテーションの代わりに、目的地に到達するために、粒子はいくつかの中間距離を移動する必要があります。ここで、2レベルからマルチレベルへの状況が発生します。
参照：量子力学は時空の存在を説明できますか？
原子の世界には独自の法則があり、外部の観察者には理解できず、知覚できないことがよくあります。
研究の結果は、そのようなことを示しましたプロセスは、指定されたソビエトの科学者よりも低い速度制限を適用します。それは、エネルギーの不確実性だけでなく、中間状態の数によっても決定されます。上記のすべては、 新しい研究は、複雑な量子過程と制約の理論的理解を向上させます。
原子と量子コンピューター
物理学者が指摘するように、得られた結果量子コンピュータの分野に適用できます。これは、実行された実験が原子の移動に専念しており、同様のプロセスが量子コンピューターで発生するためです。量子ビットがアトムによって実装される場合、それらはプロセッサのある領域から別の領域に転送される必要があります。これはまさに非常に迅速に実行する必要があるプロセスです。そうしないと、すべての一貫性が失われます。量子速度制限のおかげで、理論的に可能な速度を正確に予測できるようになりました。
これは、IBM50キュービット量子コンピューターがどのように見えるかです。
ただし、量子コンピューターの場合、結果は、計算速度の制限を表すものではありません。量子コンピューターが非常に高速に計算できるという事実は、主にそのような期間ではなく、操作の数に関係しています。量子コンピューターは、従来のコンピューターよりも、特定のタスクを完了するために必要な操作がはるかに少なくて済みます。量子コンピューターを使った計算は、考えられるすべての経路を一貫してチェックすることなく、迷路から抜け出す方法を見つけるようなものです。これがまさに加速の本質です。量子コンピューターを迷路に送る必要があるのは1回だけですが、古典的なコンピューターでは、非常に多くのオプションを次々に試す必要があります。
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研究の筆頭著者アンドレアによるとこの意味で、アルベルティは量子コンピューターの計算能力に影響を与えません。しかし、量子速度の制限は別の理由で興味深いものです。発見された制限は、以前考えられていたよりもはるかに多くの操作を実行できることを示しています。
