В лаборатории (Китай) был экспериментально смоделирован эффект квантового туннелирования — преодоления частицей потенциального барьера, высота которого превосходит её полную энергию.
Туннелирование, невозможное в рамках классической механики, уже давно применяется на практике: оно, к примеру, обеспечивает работу и . Для моделирования чисто квантового явления было бы логично использовать квантовую систему, и в начале 2012-го сотрудник американского Эндрю Сорнборгер (Andrew Sornborger) достаточно простого опытного алгоритма, который требует всего лишь двух кубитов. Взяв исследование американского физика за основу, китайцы реализовали его идею по методике жидкостной спектроскопии .
Принцип моделирования, предложенный г-ном Сорнборгером, состоит в том, чтобы дискретизировать непрерывные пространство и время. Одномерная волновая функция частицы, движение которой в двуямном потенциале предполагается имитировать, при этом сохраняется в n-кубитовом квантовом регистре; если ограничиться парой кубитов, то состояния |00>, |01>, |10> и |11> будут отвечать четырём возможным вариантам пространственного расположения. На каждом временнóм шаге учёные проводят некоторые операции над кубитами, предписанные алгоритмом, после чего определяют вероятности того, что частица находится в той или иной позиции.
Двуямный потенциал с барьером, сквозь который частица может туннелировать (иллюстрация из Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics).
В своём эксперименте авторы использовали раствор хлороформа, помеченного углеродом-13, при комнатной температуре в 295 К. Водород 1Н и углерод 13С представляли первый и второй кубиты. В начале моделирования частица считалась захваченной в потенциальной яме в состоянии |01>, то есть во второй точке пространственной решётки, а другая потенциальная яма, отделённая барьером, располагалась в четвёртой точке (|11>).
Результаты опыта показаны на рисунке ниже, где вертикальные полоски разных цветов отмечают вероятности разных состояний: синяя соответствует |00>, голубая — |01>, жёлтая — |10>, коричневая — |11>. Хорошо видно, что на верхней диаграмме частица туннелирует из |01> в |11>, а шансы на обнаружение её, так сказать, внутри барьера чрезвычайно малы. При построении нижней диаграммы частицу сделали свободной, что привело к ожидаемому выравниванию вероятностей.
Результаты экспериментов, полученные при моделировании эволюции свободной квантовой частицы (снизу) и частицы в двуямном потенциале. Различия становятся очевидными уже на четвёртом шаге. (Иллюстрация авторов работы.)
статьи, подготовленной физиками из Китая, можно загрузить с сайта .
Комментариев нет:
Отправить комментарий