{"id":12226,"date":"2010-12-23T18:02:59","date_gmt":"2010-12-23T15:02:59","guid":{"rendered":"http:\/\/www.fyysika.ee\/uudised\/?p=12226"},"modified":"2010-12-30T16:01:34","modified_gmt":"2010-12-30T13:01:34","slug":"esimene-kvantmasin","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fyysika.ee\/?p=12226","title":{"rendered":"Esimene kvantmasin"},"content":{"rendered":"

Teadlaste valmistatud seade, mille liikumist saab kirjeldada vaid kvantmehaanika, v\u00f5ib tulevikus panna proovile meie reaalsusetaju.<\/strong><\/p>\n

See masin ei pruugi k\u00fcll osutuda nii kasulikuks kui Ford T, kuid oma p\u00f5him\u00f5tte uudsuselt\u00a0\u00fcletab sel aastal esmakordselt avalikkuse ette toodud pisike masin Henry Fordi kuulsad autod ning ka k\u00f5ik muud masinad. Siiani on k\u00f5ik masinad liikunud klassikalise mehaanika seaduste j\u00e4rgi, uus seadeldis h\u00fcpleb aga nii, et seda saab kirjeldada vaid kvantmehaanika kummastavate\u00a0seaduste abil, mida muidu kasutatakse\u00a0n\u00e4iteks molekulide, aatomite ja subatomaarsete osakeste liikumise kirjeldamiseks. Selline “kvantmasina” protot\u00fc\u00fcp avab uksed terve hulga uute katseseadmete juurde, see\u00a0paneb proovile\u00a0ka meie reaalsustaju. Selle eksperimendi potentsiaali ning leidlikkuse t\u00f5ttu nimetaski ajakiri Science seadet 2010 Aasta L\u00e4bimurdeks.<\/p>\n

\"\"<\/a>

Teadlased saavutasid liikumise lihtsaimad kvantolekud just selle vibreeriva masina abil, mis on niisama pikk kui lai on juuksekarv. Pilt: Sciencemag.org<\/p><\/div>\n

Pisikeste asjade maailm ei n\u00e4e v\u00e4lja \u00fcldse selline, nagu on meie igap\u00e4evane maailm. Kvantteooria \u00fctleb, et n\u00e4iteks aatomid ja molekulid\u00a0saavad energiat neelata vaid kindlate koguste kaupa,\u00a0nad pole kunagi t\u00e4iesti paigal ning\u00a0nad saavad s\u00f5na otseses m\u00f5ttes olla kahes kohas korraga. Teadlased on seesuguseid ning veel imelikumaidki kvantefekte t\u00e4heldanud lugematul hulgal aatomite, molekulide, subatomaarsete osakeste, valguse, elektrivoolude ning isegi vedela heeliumiga l\u00e4bi viidud eksperimentides. Inimk\u00e4tega tehtud objektide puhul pole aga keegi selliseid\u00a0omadusi veel n\u00e4inud.<\/p>\n

See ei t\u00e4henda muidugi seda, et f\u00fc\u00fcsikud poleks seda \u00fcritatud. Teadlased valmistasid pooljuhtidest pisikesi talasid, mille laius oli k\u00f5igest m\u00f5ni nanomeeter ning pikkus m\u00f5ni mikromeeter. Selline tala ehk nn. ostsillaator vibreerib kindlal sagedusel, just nagu kitarrikeel, ning vastavalt kvantteooriale neelab v\u00f5i kiirgab see energiat ainult kvantidena, millede suurus on v\u00f5rdeline tala v\u00f5nkesagedusega. Et selliseid efekte n\u00e4ha, peavad f\u00fc\u00fcsikud esmalt objektist kogu\u00a0lisaenergia (energia kvandid) v\u00e4lja saama, et tala j\u00e4\u00e4ks k\u00f5ige madalama energiaga olekusse, nn. p\u00f5hiolekusse. Isegi siis ei seisa tala t\u00e4iesti paigal, sest kvantm\u00e4\u00e4ramatus n\u00f5uab, et sel oleks alati v\u00e4hemalt poolkvant energiat ning et see tantsiskleks kustumatult “nullpunkt-liikumist”.<\/p>\n

Et viia tala oma p\u00f5hiolekusse pidid f\u00fc\u00fcsikud selle peaaegu et absoluutse nullini jahutama. Samuti tuli kvandid teha v\u00f5imalikult suureks, selleks tuli teha talad v\u00f5imalikult v\u00e4hepainduvaks, suurendades nii selle v\u00f5nkesagedust (mida suurem\u00a0sagedus, seda suurem energia). \u00a0See v\u00e4hendab aga ka liikumise amplituudi, muutes selle raskemini detekteeritavaks. Seet\u00f5ttu kasutavad paljud uurimisgrupid tala jahutamiseks ja selle liikumise detekteerimiseks lasereid v\u00f5i mikrolaineid.<\/p>\n

Grupp Ameerika \u00dchendriikide f\u00fc\u00fcsikuid leidsid aga\u00a0kavalama\u00a0mooduse. Tala asemel valmistasid nad alumiiniumiga kaetud alumiiniumnitrdiidist \u00fclipisikese h\u00fcppelaua sarnase objekti, mis vibreeris paksema ja \u00f5hema oleku vahel. V\u00f5nkudes v\u00e4ga k\u00f5rgel sagedusel – h\u00e4mmastaval 6-miljardil v\u00f5nkel sekundis – tekitas “piesoelektriline” materjal selles piniseva elektriv\u00e4lja, mille olemasolu oli lihtne kindlaks teha. Veelgi olulisem on aga, et t\u00e4nu sellele v\u00e4ljale \u00f5nnestus f\u00fc\u00fcsikutel \u00fchendada mehaaniline seade faasi kvantbiti<\/a> nimelise elektroonilise seadmega – see koosneb \u00fclijuhtr\u00f5ngast, millel on \u00fcks madalaenergialine ning \u00fcks k\u00f5rge energiaga kvantolek.<\/p>\n

Manipuleerides kvantbitti mikrolainetega said teadlased seda kasutada ostsilaatorisse energia viimisel v\u00f5i sellest v\u00e4lja v\u00f5tmisel. Esmalt n\u00e4itasid nad, et jahutades ostsilaatori m\u00f5ne sajandiku kraadini, ei olnud sellest v\u00f5imalik \u00fchtegi kvanti k\u00e4tte saada. See t\u00e4hendas, et see pidi olema oma p\u00f5hiolekus, olles vaid oma nullpunkt-liikumises. Seej\u00e4rel panid teadlased ostsillaatori vaid \u00fche kvandi v\u00f5rra energeetilisemasse olekusse. Nad sundisid seda isegi kahes olekus korraga olema, mist\u00f5ttu see liigutas s\u00f5na otseses m\u00f5ttes kahte kvanti korraga.<\/p>\n

Selle skeemi geniaalsus seisneb ostsilaatori \u00fclesehituses ning kvantbiti kasutamises selle kontrollimiseks. Nimelt kasutas grupp 2009. aastal kvantbitti selleks, et anda kvante pikale \u00fclijuhtmetallist ribale, mis mikrolainete piirkonnas helises. Efektist aru saamise j\u00e4rel asendati \u00fclijuhtriba enda v\u00e4ljat\u00f6\u00f6tatud kavala ostsillaatoriga – liigutus, mis pani teised f\u00fc\u00fcsikud endale k\u00f5rvakiilu l\u00f6\u00f6ma, imestades, et nad ise selle peale tulnud ei olnud.<\/p>\n

Mis sellest seadmest aga kasu on? P\u00f5hilistes uurimust\u00f6\u00f6des saaks lihtsatest kvantmasinatest valmistada \u00fclitundlikke j\u00f5udetektoreid v\u00f5i genereerida nende abil valguse kvantolekuid. Suuremas skaalas saaks neid kasutada aga kvantteooria piiride ning meie reaalsustaju testimiseks. Miks ei saa auto v\u00f5i inimene olla kahes veidi erinevas kohas korraga? Kas mingi printsiip keelab selle? \u00dcks viis seda v\u00e4lja uurimaks on panna \u00fcha suuremaid asju sellistesse olekutesse.<\/p>\n

Selline kvantmehaanika testimine j\u00e4\u00e4b aga kaugesse tulevikku. Siiski \u00fcritavad teised teadlaster\u00fchmad juba praegu inimesesuuruste objektide liikumise kvantkontrollini j\u00f5uda. N\u00e4iteks, p\u00e4rast selle viie aasta pikkust uuendamist saab Gravitatsioonilise Laine Observatooriumis(Gravitational-Wave Observatory), mille asukohad on Livingston, Luisiana ning Hanford Ameerika \u00dchendriikides, olema 40-kilogrammiste peeglite paar, mis jahutatakse laseritega maha kuni oma p\u00f5hiolekuteni, t\u00e4nu millele saavad f\u00fc\u00fcsikud viia l\u00e4bi v\u00e4ga suures skaalas eksperimente.<\/p>\n

Esmalt pidid f\u00fc\u00fcsikud aga viima mehaanilise objekti selle p\u00f5hiolekusse. Ning sellega nad 2010. aastal just hakkama saidki.<\/p>\n

Allikas “The First Quantum Machine<\/a>”<\/p>\n

Teadusartikkel “Quantum ground state and single-phonon control of a mechanical resonator<\/a>“<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Teadlaste valmistatud seade, mille liikumist saab kirjeldada vaid kvantmehaanika, v\u00f5ib tulevikus panna proovile meie reaalsusetaju. See masin ei pruugi k\u00fcll osutuda nii kasulikuks kui Ford T, kuid oma p\u00f5him\u00f5tte uudsuselt\u00a0\u00fcletab sel aastal esmakordselt avalikkuse ette toodud pisike masin Henry Fordi kuulsad autod ning ka k\u00f5ik muud masinad. Siiani on k\u00f5ik masinad liikunud klassikalise mehaanika seaduste […]<\/p>\n","protected":false},"author":32,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_genesis_hide_title":false,"_genesis_hide_breadcrumbs":false,"_genesis_hide_singular_image":false,"_genesis_hide_footer_widgets":false,"_genesis_custom_body_class":"","_genesis_custom_post_class":"","_genesis_layout":"","footnotes":""},"categories":[31,16],"tags":[],"class_list":{"0":"post-12226","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","6":"category-rakenduslik-teadus","7":"category-teadusuudis","8":"entry","9":"has-post-thumbnail"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/12226","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/32"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=12226"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/12226\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=12226"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=12226"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=12226"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}