Fyysikot havaitsevat ensimmäistä kertaa kvanttiaika-avaruuden rajan

Regensburgin yliopiston ja Max Planck -instituutin tutkijaryhmä havaitsi uuden kvanttirajoitteen mitattaessa samanaikaisesti elektronin paikkaa ja ajallista kehitystä, ja julkaisi tulokset Nature Photonics -lehdessä torstaina.nature+1
"Aika-avaruuden raja" on erillinen Heisenbergin epätarkkuusperiaatteesta, ja se säätelee paikkaresoluution ja ajallisen tarkkuuden välistä vaihtokauppaa elektronimittauksissa.nature+1
Tekniikassa käytettiin valoaalto-ohjattua pyyhkäisytunnelimikroskopiaa sub-angströmin ja attosekunnin tarkkuudella, mikä voi auttaa tulevien kvanttilaitteiden suunnittelussa.nature+1

Fyysikot ovat ensimmäistä kertaa havainneet perustavanlaatuisen kvanttirajan sille, kuinka tarkasti yksittäisen elektronin paikka ja ajallinen kehitys voidaan mitata samanaikaisesti, selviää Nature Photonics -lehdessä 3. heinäkuuta 2026 julkaistussa tutkimuksessa.uni-regensburg+1

Uusi kvanttirajoite

Tutkimus, jonka suoritti Regensburgin yliopiston RUN-keskuksen (Regensburg Center for Ultrafast Nanoscopy) tiimi professoreiden Jascha Reppin, Rupert Huberinin, Franz Giessiblin ja Klaus Richterin johdolla yhteistyössä Angel Rubion ryhmän kanssa Hampurin Max Planck -instituutissa, osoittaa, että atomitason valoaalto-ohjattu pyyhkäisytunnelimikroskopia attosekunnin aikaresoluutiolla voi seurata yksittäisiä elektroneja, jotka kulkevat esteen läpi – mutta vain tiettyyn pisteeseen asti.nature+1

Tiimi havaitsi, että suuremman paikkaresoluution saavuttaminen elektronin paikkaa kuvattaessa tapahtuu ajallisen tarkkuuden kustannuksella, ja päinvastoin. Tämä vaihtokauppa edustaa tutkijoiden kutsumaa "aika-avaruuden rajaa" – rajoitetta, joka on erillinen tunnetusta Heisenbergin epätarkkuusperiaatteesta, joka säätelee paikkaa ja liikemäärää. Sen sijaan vastikään vahvistettu raja koskee paikkaa ja aikaa, paljastaen kvanttimekaanisten elektronien aaltofunktioiden luontaisen ominaisuuden.idw-online+1

Miten se tehtiin

Tutkijat käyttivät valoaalto-ohjattua pyyhkäisytunnelimikroskopiaa, joka hyödyntää terahertsi- ja keski-infrapunavalon yksittäisiä syklejä tunneloivien elektronien tutkimiseen sub-angströmin paikkaresoluutiolla ja attosekunnin aikaresoluutiolla. Virityksen jälkeen elektroneja havaittiin tunneloituvan mikroskoopin liitoksen läpi, ja tiimi seurasi niiden luontaista kvanttiliikettä mittakaavoissa, joissa aika-avaruuden raja tulee näkyväksi.nature+1

Artikkelissa, jonka otsikko on "Tracking electrons at the space-time limit", on lueteltu kirjoittajia, kuten K. Richter, F. J. Giessibl, F. P. Bonafé, M. A. Huber, A. Rubio, J. Repp ja R. Huber.idw-online

Vaikutukset kvanttiteknologioihin

Tuloksilla on seurauksia tulevien kvanttiteknologioiden kehitykselle. Luomalla mitattavan rajan sille, mitä elektronin käyttäytymisestä avaruudessa ja ajassa voidaan tietää, työ tarjoaa viitekehyksen elektronien tunneloitumisdynamiikan ymmärtämiseen sen perustavanlaatuisimmalla tasolla. Tämä voisi auttaa suunnittelemaan kvanttilaitteita, jotka perustuvat tarkasti hallittuun elektronien käyttäytymiseen atomitasolla.

Lähteet (40)