Η αντιύλη παραμένει ένα από τα μεγάλα μυστήρια της κοσμογονίας, όμως το CERN έχει κάνει πολλά για να αποκαλύψει την φύση της και της ιδιότητές της τα τελευταία χρόνια. Όμως το μυστήριο παραμένει, γιατί υπάρχει πολύ περισσότερη ύλη από αντιύλη στο σύμπαν, κάτι που δεν φαίνεται ιδιαίτερα λογικό. Για αυτό, πολλοί φυσικοί ασχολούνται με το θέμα.
Τώρα, το CERN ανακοίνωσε ένα ακόμα μεγάλο άλμα στη μελέτη της αντιύλης και αυτή τη φορά προέρχεται από την κβαντική υπολογιστική! Σε μια δημοσίευση στο Nature στις 23 Ιουλίου, η συνεργασία του Πειράματος Συμμετρίας Αντιβαρυονίων (BASE) του CERN ανακοίνωσε την πρώτη επίδειξη ενός κβαντικού bit αντιύλης, ή qubit — της μικρότερης μονάδας πληροφοριών για κβαντικούς υπολογιστές.
Το εν λόγω qubit είναι ένα αντιπρωτονιο και το αντίστοιχο της ύλης ενός πρωτονίου. Είναι παγιδευμένο σε μια κβαντική ταλάντωση, που οι φυσικοί κατάφεραν να διατηρήσουν σε κατάσταση κβαντικής συνοχής για 50 δευτερόλεπτα. Η τεχνική ικανότητα που επέτρεψε αυτό το αποτέλεσμα αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό άλμα προς τα εμπρός στην κατανόησή μας για την αντιύλη, ισχυρίζονται οι ερευνητές.
Για το πείραμα, η ομάδα εφάρμοσε μια τεχνική που ονομάζεται συνεκτική κβαντική φασματοσκοπία μετάβασης, η οποία μετρά – με εκπληκτική ακρίβεια – τη μαγνητική ροπή ενός σωματιδίου ή τη συμπεριφορά του μέσα σε μαγνητικά πεδία.
Για να το πετύχει αυτό η ομάδα, έφερε μερικά αντιπρωτόνια από το εργοστάσιο αντιύλης του CERN, τα οποία παγίδευσε τα σωματίδια αντιύλης σε μια ηλεκτρομαγνητική παγίδα Penning, μια υπέρθεση μαγνητικών πεδίων. Στη συνέχεια, έστησαν μια δεύτερη πολλαπλή παγίδα μέσα στον ίδιο μαγνήτη, εξάγοντας μεμονωμένα αντιπρωτόνια για να μετρήσουν και να τροποποιήσουν τις καταστάσεις σπιν του σωματιδίου στη διαδικασία.
Οι κβαντικές καταστάσεις είναι αρκετά εύθραυστες και διαταράσσονται εύκολα από εξωτερικούς παράγοντες, για αυτό και απαιτούν πολύ μεγάλη προσοχή. Αυτός ο θεμελιώδης περιορισμός των κβαντικών συστημάτων ήταν μια σημαντική ανησυχία για την συνεργασία BASE, η οποία το 2017 χρησιμοποίησε μια παρόμοια διάταξη με το νέο πείραμα για να επιβεβαιώσει ότι τα πρωτόνια και τα αντιπρωτόνια είχαν πρακτικά πανομοιότυπες μαγνητικές ροπές.
Από τότε, η ομάδα έκανε σημαντικές αλλαγές και αναθεωρήσεις στην τεχνολογία της, δίνοντας ιδιαίτερη προσοχή στην ανάπτυξη των μηχανισμών που απαιτούνται για την καταστολή και την εξάλειψη της αποσυνοχής. Αυτή η σκληρή δουλειά απέδωσε καρπούς. Το αντιπρωτόνιο πραγματοποίησε μια σταθερή κβαντική ταλάντωση για 50 δευτερόλεπτα – μια κίνηση παρόμοια με το πώς υπάρχουν τα qubits σε υπερθέσεις καταστάσεων, οι οποίες θεωρητικά θα μπορούσαν να τους επιτρέψουν να αποθηκεύουν εκθετικά φορτία πληροφοριών. Επιπλέον, σηματοδότησε την πρώτη φορά που οι φυσικοί παρατήρησαν αυτό το φαινόμενο σε μία μόνο ελεύθερη πυρηνική μαγνητική ροπή, ενώ προηγούμενα πειράματα το είχαν δει μόνο σε μεγάλες ομάδες σωματιδίων.
«Ανοίξαμε αμέσως ένα μπουκάλι σαμπάνιας—μία από τις καλύτερες στιγμές της ζωής μου!», δήλωσε σε email η Barbara Latacz, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης και φυσικός του CERN. « Μας χρειάστηκαν πέντε χρόνια πολύ αφοσιωμένης εργασίας για να αναβαθμίσουμε ένα ήδη πολύ εξελιγμένο πείραμα σε μια κατάσταση στην οποία θα μπορούσαμε να παρατηρήσουμε τη φασματοσκοπία συνεκτικής κατάστασης σπιν. Είναι πολύ ικανοποιητικό όταν η προσπάθεια δική σας και των συναδέλφων σας αποδίδει καρπούς».
«Αυτό αντιπροσωπεύει το πρώτο qubit αντιύλης και ανοίγει την προοπτική εφαρμογής ολόκληρου του συνόλου μεθόδων συνεκτικής φασματοσκοπίας σε συστήματα μεμονωμένης ύλης και αντιύλης σε πειράματα ακριβείας», δήλωσε σε ανακοίνωσή του ο εκπρόσωπος της BASE, Στέφαν Ούλμερ.
Ζωή στον Άρη: Η NASA ίσως την βρήκε και την σκότωσε πριν από 50 χρόνια
Η ομάδα όμως δεν πιστεύει πως τα νέα αποτελέσματα θα φέρουν τα qubits αντιύλης στην κβαντική υπολογιστική, τουλάχιστον όχι σύντομα.
«Δεν έχει νόημα να χρησιμοποιούμε [το qubit αντιύλης] αυτή τη στιγμή για κβαντικούς υπολογιστές, επειδή, απλά μιλώντας, η μηχανική που σχετίζεται με την παραγωγή και την αποθήκευση αντιύλης είναι πολύ πιο δύσκολη από ό,τι για την κανονική ύλη», εξήγησε ο Latacz, προσθέτοντας ότι επειδή η ύλη και η αντιύλη είναι γνωστό ότι μοιράζονται θεμελιώδεις ιδιότητες, η επιλογή της δεύτερης δεν θα είχε πρακτικό νόημα. «Ωστόσο, αν στο μέλλον [βρούμε] ότι η αντιύλη συμπεριφέρεται διαφορετικά από την ύλη, τότε μπορεί να είναι ενδιαφέρον να το εξετάσουμε αυτό», δήλωσαν.
Η ομάδα έχει ήδη σχεδιάσεις βελτιώσεις που θέλει να κάνει στο σύστημα, που θα συμβούν πολύ σύντομα, σύμφωνα με την Latacz. Οι αναβαθμίσεις στο BASE—που ονομάζεται BASE-STEP—θα βελτιώσουν σημαντικά την ικανότητά μας να μελετάμε αντιπρωτόνια με μεγαλύτερη ακρίβεια και θα μας επιτρέψουν να «βελτιώσουμε τη μέτρηση της μαγνητικής ροπής του αντιπρωτονίου κατά τουλάχιστον έναν παράγοντα 10 και, σε μια μακροπρόθεσμη προοπτική, ακόμη και κατά έναν παράγοντα 100», είπε.
Η νέα αυτή ανακάλυψη θα μπορούσε να συμβάλει στην πρόοδο της μηχανικής στην κβαντική υπολογιστική, τα ατομικά ρολόγια και άλλους τομείς. Όπως όμως τονίζουν οι ερευνητές, τέτοιες τεχνολογικές εφαρμογές δεν είναι κάτι που θα πρέπει να περιμένουμε σύντομα. Δείχνουν όμως τις κατευθύνσεις που θα κινηθεί η κβαντική τεχνολογία και η κβαντική υπολογιστική.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Nature.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
