Cambridge, MA – I en banbrytande upptäckt har ett team av fysiker vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) avslöjat den dolda mekanismen bakom hur fundamentala partiklar, som elektroner och fotoner, övergår från sitt inneboende kvantmekaniska tillstånd till klassiskt beteende. Denna förståelse har djupgående implikationer för att utveckla kvantberäkningar, förbättra precisionen hos mätinstrument och reda ut kvantfysikens mysterier.
Kvantvärlden, styrd av kvantmekanikens principer, uppvisar märkliga och kontraintuitiva fenomen som trotsar våra vardagliga upplevelser. Bland dessa finns det gåtfulla fenomen som kallas dekoherens, där kvantegenskaper gradvis försvinner när en partikel interagerar med sin miljö. I decennier har fysiker brottats med att förstå de exakta mekanismerna som driver dekoherens.
MIT-forskargruppen, ledd av professor Sarah Williams och postdoktor Dr. David Bennett, genomförde sofistikerade experiment med ultrakalla atomer och precisionslasrar för att lösa den invecklade dansen mellan kvantbeteende och klassiskt beteende. Genom att noggrant manipulera atomernas miljö och mäta kvantkoherens med oöverträffad noggrannhet, avslöjade forskarna den grundläggande mekanismen som ligger till grund för dekoherens.
Deras resultat avslöjar att dekoherens uppstår från partiklarnas interaktioner med elektromagnetiska bakgrundsfält - de allestädes närvarande vågorna av elektrisk och magnetisk energi som genomsyrar hela rymden. Dessa fält, som genereras av laddade partiklars rörelse och kvantvakuumets fluktuationer, fungerar som små "störningar" som stör partiklarnas känsliga kvantkoherens.
"Våra experiment ger det första direkta beviset på hur kvantvärlden, styrd av superposition och förveckling, interagerar med och övergår till den klassiska världen", förklarar professor Sarah Williams. "Denna upptäckt öppnar ett nytt kapitel i vår strävan att utnyttja kvanteffekter och bana väg för att förverkliga praktiska kvantteknologier."
Förmågan att kontrollera och manipulera dekoherens är avgörande för förverkligandet av kvantberäkningar - en potentiell revolution som lovar exponentiell hastighet upp i beräkningskraft. Genom att minimera effekterna av dekoherens kan kvantdatorer utföra komplexa beräkningar som för närvarande är svårhanterliga med klassiska datorer. Insikterna från denna forskning erbjuder en väg mot mer robusta kvantsystem och förbättrad prestanda hos kvantalgoritmer.
Dr. David Bennett betonar, "Detta genombrott lovar också förbättringar av känsligheten hos mätinstrument, särskilt i precisionsatomklockor och gravitationsvågsdetektorer. Den grundläggande förståelsen av dekoherens kommer att göra det möjligt för oss att designa experiment som är mindre mottagliga för omgivningsljud och ger mer exakta mätningar."
Forskargruppens resultat, publicerade i den prestigefyllda tidskriften Nature Physics, representerar ett betydande steg i vår förståelse av det grundläggande samspelet mellan kvantbeteende och klassiskt beteende. När fysiker fortsätter att fördjupa sig i dekoherensens mysterier, kan gränserna mellan kvantvärlden och den klassiska världen suddas ut, vilket inleder nya gränser inom vetenskap och teknik.
