• Home
  • Chimie
  • Astronomie
  • Énergie
  • La nature
  • Biologie
  • Physique
  • Électronique
  •  science >> Science >  >> Physique
    Une belle journée pour une marche quantique

    Crédit :CC0 Domaine Public

    Des chercheurs du Center for Quantum Information and Quantum Biology de l'Université d'Osaka ont utilisé des ions piégés pour démontrer la propagation de quanta vibrationnels dans le cadre d'une marche aléatoire quantique. Ce travail repose sur leur contrôle exquis des ions individuels à l'aide de lasers, et peut conduire à de nouvelles simulations quantiques de systèmes biologiques.

    Voici un jeu simple auquel vous pouvez jouer avec un groupe d'amis. Tout le monde s'aligne épaule contre épaule, puis chaque personne lance une pièce pour décider s'il faut faire un pas en avant ou en arrière. Après quelques tours de flips, vous constaterez que votre ligne nette se sera étalée au hasard. Bien que ce jeu semble très simpliste, les scientifiques ont découvert que ces « marches aléatoires » sont incroyablement utiles pour expliquer divers phénomènes, de la diffusion moléculaire aux problèmes de statistiques et de probabilité.

    Parmi les caractéristiques très étranges de la mécanique quantique - les lois de la physique qui régissent le comportement de petits objets comme des atomes individuels - se trouve le mélange surprenant d'aléatoire et de prévisibilité. En particulier, tandis que la probabilité de trouver une particule à un certain endroit s'étale de manière prévisible dans le temps, comme des ondulations dans l'étang, lorsque vous effectuez réellement une mesure, il existe une incertitude inhérente. Cela rend les marches aléatoires quantiques fondamentalement différentes de leurs homologues conventionnels. Contrairement aux molécules de gaz qui se répandent dans une pièce, les ondes d'une marche aléatoire quantique peuvent interférer avec elle-même, créant un modèle d'oscillation distinct.

    D'abord, un phonon est préparé à l'emplacement de l'ion 2 avec une lumière d'éclairage. La vibration se propage parmi les quatre ions en raison de l'interaction de Coulomb entre eux. Après un certain temps (qui variait entre 0 et 0,01 seconde), la probabilité de trouver le phonon à chaque ion a été mesurée avec un autre faisceau de lumière. La probabilité montre un modèle complexe, qui correspond précisément aux attentes théoriques. Crédit :Université d'Osaka

    Les scientifiques de l'université d'Osaka ont commencé par créer un cristal artificiel en piégeant une rangée de quatre ions calcium avec des lasers. Les ions pourraient encore s'influencer avec leur charge électrique. Puis, l'équipe a montré qu'elle pouvait faire vibrer un ion en projetant un laser séparé dessus.

    Cette vibration minimale possible, appelé un phonon, agissait comme un paquet d'énergie qui pouvait être transmis à un ion voisin. Comme l'explique le premier auteur Masaya Tamura, "En employant la capacité de préparer et d'observer un phonon localisé, sa propagation dans un cristal linéaire à quatre ions peut être observée avec une résolution à site unique. les emplacements des phonons mesurés correspondaient aux prédictions théoriques.

    "Notre système utilisant des phonons offre une plateforme de réalisation de simulations quantiques pour étudier des questions ouvertes en chimie et biologie, ", explique l'auteur principal Kenji Toyoda. "Par exemple, il a été émis l'hypothèse que l'incroyable efficacité de 95% de la photosynthèse dépend, au moins en partie, sur le fait que les marches aléatoires quantiques agissent différemment par rapport à l'aléatoire classique. Le système présenté ici peut être en mesure de résoudre ces problèmes et d'autres problèmes importants."


    © Science https://fr.scienceaq.com