Nauka
Roboty sprzątające AI i ChatGPT. Sztuczna inteligencja na co dzień
20 listopada 2024
Odkrycie kanadyjskich naukowców
Kanadyjscy naukowcy dokonali tego odkrycia po siedmiu latach intensywnych badań, w ramach których przeprowadzili eksperyment z fotonami. Swoje wnioski opublikowali w artykule zatytułowanym Experimental evidence that a photon can spend a negative amount of time in an atom cloud (ang. Eksperymentalne dowody na to, że foton może spędzić ujemną ilość czasu w chmurze atomowej). Celem ich pracy było lepsze zrozumienie zjawiska wzbudzenia atomowego.
Wzbudzenie atomowe to proces, w którym atom otrzymuje dodatkową energię z zewnętrznego źródła, np. z fotonu. Kiedy foton uderza w atom, przekazuje mu pewną ilość energii. Elektrony w atomie poruszają się wokół jądra po określonych orbitach. Gdy atom otrzymuje dodatkową energię (czyli jest wzbudzony), jeden z elektronów może „przeskoczyć” na wyższy poziom energii, co oznacza przemieszczenie na dalszą orbitę.
Polecamy: Mózg działa jak komputer kwantowy, czyli gdzie powstaje nasza świadomość?
Wzbudzenie atomowe w prostych słowach
Zjawisko wzbudzenia atomowego najlepiej wyjaśnić przy pomocy prostej analogii. Wyobraź sobie półki, po których porusza się piłeczka. Gdy dostarczysz piłeczce energii (uderzając ją fotonem), przeskoczy ona na wyższą półkę. Jeśli przestanie dostawać energię z zewnątrz, wróci na dolną półkę. Wzbudzenie atomowe jest istotnym zjawiskiem, ponieważ odgrywa kluczową rolę w wielu procesach fizycznych, takich jak emisja światła w żarówkach czy działanie laserów.
W swoim badaniu naukowcy z Kanady chcieli zbadać, jak foton zachowuje się, gdy przechodzi przez chmurę atomów. W eksperymencie użyto dwóch wiązek światła. Pierwsza, zwana sygnałem, przechodziła przez chmurę atomów i miała je wzbudzać. Uczeni używali drugiej wiązki do mierzenia, jak zachowują się atomy w kontakcie z pierwszą, przy czym sama nie wchodziła z nimi w żadną interakcję.
Wyniki eksperymentu z fotonami
Aby dowiedzieć się, jak bardzo atomy były wzbudzone, naukowcy mierzyli zmiany w fazie drugiej, słabszej wiązki (próby). Zmiany te pozwalały obliczyć, ile czasu atomy spędziły w stanie wzbudzonym, czyli jak długo były pod wpływem fotonu.
Ku zaskoczeniu naukowców czas przelotu niektórych fotonów przez atomy zakończył się przed końcem wzbudzenia atomowego, nadając mu wartość ujemną. Innymi słowy, moment przejścia fotonu przez atom mógł się skończyć, ale wzbudzenie atomu trwało nadal, co sprawiało wrażenie, że fotony opuściły materiał przed wejściem do niego.
„To brzmi szalenie, wiem” – powiedział Josiah Sinclair z Uniwersytetu w Toronto w rozmowie z Scientific American.
Naukowiec dodał, że on i jego zespół byli całkowicie zaskoczeni wynikiem eksperymentu.
„Wyniki te sugerują, że ujemne wartości przyjmowane przez czasy, takie jak opóźnienie grupowe, mają większe znaczenie fizyczne, niż dotychczas sądzono” – zauważyli naukowcy.
„Ujemne opóźnienie czasowe może wydawać się paradoksalne. Oznacza to, że gdyby zbudować kwantowy zegar do pomiaru czasu spędzanego przez atomy w stanie wzbudzonym, jego wskazówka w pewnych okolicznościach poruszałaby się raczej do tyłu niż do przodu” – stwierdził Sinclair.
Polecamy: HOLISTIC NEWS: Czy sztuczna inteligencja nam zagraża? O AI rozmawiamy #PoLudzku
Co nam da eksperyment z fotonami?
Wyniki eksperymentu z fotonami nie przyczynią się do skonstruowania „wehikułu czasu”, ale mogą pomóc w rozwoju nowych technologii, takich jak pamięć kwantowa. Zrozumienie, jak światło oddziałuje z materią, może przyczynić się do opracowania lepszych metod przechowywania danych w urządzeniach kwantowych.
Badania te mogą także pomóc w rozwoju laserów i systemów optyki nieliniowej. Dzięki lepszemu zrozumieniu interakcji światła z materią te urządzenia mogą stać się bardziej precyzyjne.
Wyniki eksperymentu mogą mieć także znaczenie dla rozwoju komputerów kwantowych. W tych urządzeniach interakcje fotonów i atomów są fundamentalne dla przetwarzania informacji kwantowych. Przedstawione odkrycia mogą również pomóc w projektowaniu bardziej efektywnych bramek kwantowych, które są podstawowymi elementami komputerów kwantowych. Dzięki nim komputery kwantowe mogą osiągać ogromną moc obliczeniową.
Polecamy: Nadchodzi era komputerów kwantowych. Zmienią oblicze nauki
