در طی چند سال گذشته، فیزیکدانان میانبرهایی موسوم به میانبرهای کوانتومی را توسعه داده‌اند که وظیفه‌ی آنها، سرعت بخشیدن به عملکرد سیستم‌های کوانتومی است. حتی به‌نظر می‌رسد برخی از این میانبرهای کوانتومی از لحاظ نظری، باعث می‌شوند تا سیستم های کوانتومی تقریبا به‌طور آنی و بدون هیچ گونه انرژی اضافی، عمل کنند؛ چیزی که نقض آشکار قانون دوم ترمودینامیک به‌حساب می‌آید. حالا فیزیکدانان در پژوهش تازه‌ای نشان داده‌اند که میانبرهای کوانتومی در واقع مصالحه‌ای بین سرعت و هزینه هستند و بنابراین برای داشتن یک سیستم سریع‌تر، باید هزینه‌ی بالاتر انرژی را پرداخت کرد. نتیجه‌ی این پژوهش، هفته پیش در مجله Physical Review Letters منتشر شد. با دیپ لوک همراه باشید…
قوانین ترمودینامیک می‌گویند سرعت فوق‌العاده زیاد، غیرممکن است، زیرا به میزان بی‌نهایت انرژی احتیاج دارد. برخی از روش‌هایی که اخیرا برای کنترل سیستم‌های کوانتومی پیشنهاد شده‌اند، «میانبر به آدیاباتیک بودن» یا میانبرهای کوانتومی نامیده می‌شوند. به‌نظر می‌رسید میانبرهای کوانتومی از نظر انرژی، بدون هزینه هستند و حتی هیج محدودیت زمانی برای آنها وجود ندارد. اما طبق اصل عدم قطعیت هایزنبرگ، برای اندازه گیری سرعت، یک حد بنیادی وجود دارد. دانشمندان این حد سرعت بنیادی را روی سیستم های کوانتومی اعمال کردند. حد سرعت کوانتومی باید به تمام میانبرهای کوانتومی اعمال شود و بنابراین آنها را از عمل کردن در زمان‌های بسیار کوچک، منع کند (محدودیت زمانی). دانشمندان این پژوهش می‌گویند:
ما با محاسبه‌ی حد سرعت کوانتومی نشان دادیم که هرچه سریع‌تر بخواهید یک سیستم کوانتومی را با استفاده از یک میانبر کوانتومی دستکاری کنید، باید هزینه‌ی ترمودینامیکی بیشتری بپردازید. از طرفی، دستکاری لحظه‌ای، غیرممکن است، زیرا به انرژی بی نهایت نیاز دارد.
برای اثبات فایده‌ی میانبرهای کوانتومی فیزیکدانان آنها را به دو سیستم کاربردی، اعمال کردند. سیستم اول، نوسانگر هماهنگ است که در زمینه های مختلفی مانند سنجش ترمودینامیک کوانتومی به‌کار می‌روند. دومین سیستم، مدل لاندا-زنر است که در محاسبات کوانتومی آدیاباتیک (مانند ماشین D-Wave) استفاده می‌شود. در هر دو مدل، مصالحه سرعت-هزینه روی حدهای کاربردی که توسط میانبرهای کوانتومی روی سرعت سیستم های کوانتومی،اعمال می‌شوند، قرار می‌گیرند. دانشمندان انتظار دارند این حدها در آینده به طراحی و کاربرد این سیستم های کوانتومی و سایر سیستم ها کمک کند. آنها می‌گویند:
ما دوست داریم به سایر تکنیک‌های میانبرهای کوانتومی نگاهی بنیدازیم و ببینیم کدامیک همین رفتار را دارند. هدف دیگر ما این خواهد بود که کارمان را به مکانیک کوانتومی غیراستاندارد مانند مواد دیراک و سیستم های غیرخطی تعمیم دهیم.
مقاله اصلی را در زیر مطالعه کنید:
[gview file=”http://www.deeplook.ir/wp-content/uploads/2017/03/10.1103@PhysRevLett.118.100601.pdf” profile=”3″ save=”1″]
