Кэтрин Оффорд

1 июня 2019 г.   the-scientist.com

От удивительной скорости катализируемых ферментами реакций до работы человеческого мозга, в настоящее время изучаются многочисленные биологические загадки для доказательства квантовых эффектов.

В одной из лабораторий физики Шеффилдского университета несколько сотен фотосинтезирующих бактерий расположились между двумя зеркалами, расположенными на расстоянии менее микрометра друг от друга. Физик Дэвид Коулз и его коллеги покрывали заполненную микробами полость белым светом, который отражался от клеток так, как команда могла настраиваться, регулируя расстояние между зеркалами. Согласно результатам, опубликованным в 2017 году, эта сложная установка вызвала физическое взаимодействие фотонов света с фотосинтетическим механизмом в горстке этих клеток, таким образом, команда могла измениться, настроив экспериментальную установку.

То, что исследователи могли контролировать взаимодействие клетки со светом, было само по себе достижением. Но более удивительная интерпретация результатов пришла в следующем году. Когда Коулз и несколько его коллег повторно проанализировали данные, они нашли доказательства того, что природа взаимодействия между бактериями и фотонами света была гораздо более странной, чем предполагал первоначальный анализ. «Нам казалось неизбежным вывод о том, что косвенно то, что [мы] были действительно свидетелями, было квантовой запутанностью», - говорит физик Оксфордского университета Влатко Ведрал , соавтор обеих работ.

Квантовая запутанность относится к состояниям двух или более частиц, являющихся взаимозависимыми, независимо от расстояния, разделяющего их.

Подпись автора

Информационный перенос частот веществ, важные ссылки - ПУТЕВОДИТЕЛЬ
Калькуляторы пересчета в частоту высылаю по запросу в личку (после первых результатов)

Что такое квантовая биология?

Подпись автора

Информационный перенос частот веществ, важные ссылки - ПУТЕВОДИТЕЛЬ
Калькуляторы пересчета в частоту высылаю по запросу в личку (после первых результатов)

Лабораторная установка по экспериментам с квантовой запутанностью:

Рисунок для общего понимания:

Подпись автора

Информационный перенос частот веществ, важные ссылки - ПУТЕВОДИТЕЛЬ
Калькуляторы пересчета в частоту высылаю по запросу в личку (после первых результатов)

Ученые подслушали «беседу» двух атомов

27 мая 2021 - phys.org/news/2021-05-scientists-atoms-chatting.html

Структура материалов напоминает гигантский групповой чат, в котором атомы постоянно обмениваются квантовой информацией. Исследователи из Делфтского технологического университета вместе с коллегами смогли перехватить «разговор» между двумя атомами.

Атомы, конечно, не разговаривают, но они могут реагировать друг на друга. Это особенно верно для магнитных атомов. «В каждом атоме есть небольшой магнитный момент — спин. Спины влияют друг на друга, как стрелки компаса, когда вы сближаете их. Если вы толкнете один из них, они начнут двигаться вместе очень специфическим образом», — объясняет Сандер Отте, руководитель группы, проводившей исследование.

Согласно законам квантовой механики, каждый спин может быть одновременно направлен в разных направлениях, образуя суперпозицию. Это означает, что фактическая передача квантовой информации происходит между атомами, как своего рода беседа.

Атому титана подается электрический импульс. В результате его магнитный момент внезапно меняется. Соседний атом титана (справа) реагирует на это движение, хотя и не успевает за быстрым движением. Таким образом, между атомами инициируется обмен магнитной квантовой информацией. Источник: TU Delft / Scixel.

В больших масштабах такой обмен информацией между атомами может привести к интересным явлениям. Классическим примером является сверхпроводимость: эффект, при котором некоторые материалы теряют все электрическое сопротивление ниже критической температуры. Хотя это хорошо известно для простейших случаев, никто точно не знает, как этот эффект возникает во многих сложных материалах. Но несомненно, что магнитные квантовые взаимодействия играют ключевую роль. Чтобы попытаться объяснить подобные явления, ученые очень заинтересованы в возможности перехвата этих обменов; подслушивать разговоры между атомами.

В команде Отте это делают прямо: они буквально ставят два атома рядом друг с другом, чтобы посмотреть, что происходит. Это возможно благодаря сканирующему туннельному микроскопу: устройству, в котором острая игла может исследовать атомы один за другим и даже переупорядочивать их. Исследователи использовали это устройство, чтобы разместить два атома титана на расстоянии чуть более одного нанометра - одной миллионной миллиметра - друг от друга. На таком расстоянии атомы просто способны обнаруживать спин друг друга. Если вы сейчас крутите одно из двух вращений, разговор начнется сам собой.

Обычно этот поворот осуществляется путем посылки очень точных радиосигналов атомам. Этот так называемый метод спинового резонанса, который очень напоминает принцип работы сканера МРТ, применяемого в больницах, успешно используется в исследованиях квантовых битов. Этот инструмент также доступен команде Делфта, но у него есть недостаток. «Это просто слишком медленно», - говорит доктор философии. студент Лукас Вельдман, ведущий автор публикации Science . «Едва вы начали крутить одно вращение, как другое начало вращаться. Таким образом, вы никогда не сможете исследовать, что происходит, когда два вращения вращаются в противоположных направлениях».

Неортодоксальный подход

Итак, исследователи попробовали кое-что необычное: они быстро изменили спин одного из двух атомов с помощью внезапной вспышки электрического тока. К их удивлению, такой радикальный подход привел к прекрасному квантовому взаимодействию, как раз по книге. Во время импульса электроны сталкиваются с атомом, заставляя его вращаться. Отте: «Но мы всегда предполагали, что во время этого процесса тонкая квантовая информация - так называемая когерентность - была потеряна. В конце концов, электроны некогерентны: история каждого электрона до столкновения немного отличается, и этот хаос переносится на спин атома, разрушая любую связность ".

Тот факт, что сейчас это кажется неправдой, стал поводом для некоторых споров. По-видимому, каждый случайный электрон, независимо от своего прошлого, может инициировать когерентную суперпозицию: определенную комбинацию элементарных квантовых состояний, которая полностью известна и составляет основу практически любой формы квантовой технологии.

Идеальная суперпозиция

«Суть в том, что все зависит от вопроса, который вы задаете», - утверждает Маркус Тернес, соавтор из RWTH Ахенского университета и Исследовательского центра Юлиха. «Электрон инвертирует спин одного атома, заставляя его указывать, скажем, влево. Вы можете рассматривать это как измерение, стирающее всю квантовую память. Но с точки зрения объединенной системы, включающей оба атома, результирующая ситуация это вовсе не так банально. Для двух атомов вместе новое состояние представляет собой идеальную суперпозицию, позволяющую обмениваться информацией между ними. Для этого важно то, что оба спина запутываются: своеобразное квантовое состояние, в котором они разделяют больше информации друг о друге, чем это возможно в классическом смысле.

Открытие может иметь важное значение для исследования квантовых битов. Возможно, также в этом исследовании вам удастся быть немного менее осторожным при инициализации квантовых состояний. Но для Отте и его команды это в основном отправная точка для еще более красивых экспериментов. Велдман: «здесь мы использовали два атома , но что происходит, когда вы используете три? Или десять, или тысячу? Никто не может этого предсказать, поскольку вычислительные мощности не дотягивают до таких чисел. Возможно, однажды мы сможем слушать квантовые разговоры. этого никто не мог слышать раньше ".

Одна большая надежда экспериментальной физики заключается в том, что когда-нибудь исследователи смогут моделировать квантовые взаимодействия по собственному желанию, настраивая квантовую систему самостоятельно и наблюдая, как работает квантовая механика. Исследователи, по сути, сделали это, запустив определенное действие в одном атоме и наблюдая за реакцией соседнего атома.

========================
Эти ребята, передовые ученые, об этом пока лишь мечтают, а мы уже пользуемся каждый день, 24/7 

Подпись автора

Информационный перенос частот веществ, важные ссылки - ПУТЕВОДИТЕЛЬ
Калькуляторы пересчета в частоту высылаю по запросу в личку (после первых результатов)