|
پژوهشگران می‌توانند همانند هدایت سفینه در منظومه شمسی با نیروهای جاذبه و دافعه،
با استفاده از نیروی جاذبه هسته و الکترون‌ها درون مولکولها و استفاده از نور برای
دافعه، اتم‌ها، مولکولها و واکنش‌های شیمیایی را نیز هدایت کنند؛ اما آگاهی از
حداقل مقدار نور مورد نیاز و چگونگی تغییر آن مقدار با پیچیدگی مولکول، همواره یک
مسئله مطرح بوده‌است.
همینک، پژوهشگران دانشگاه‌هایIllinois و کالیفرنیا، با ایجاد یک آنالوگ مکانیک
کوانتومی از تخمینUlam، موفق به توسعه انعطاف‌پذیری و قابلیت کنترل سیستم‌های
مکانیک کوانتومی شده‌اند.
Martin Gruebele ،رئیس مرکز بیوفیزیک و بیولوژی محاسبه‌ای دانشگاهIllinois، می‌گوید:”
ما می‌توانیم با استفاده از فوتون‌ها، حرکات بی‌نظم را برای کنترل واکنش‌های
شیمیایی و حرکت اشیای کوانتومی نظیر نانوخوشه‌ها، مولکولها و فولرین‌ها مهار کنیم.
Gruebele و همکارش Peter Wolynes، استاد شیمی و بیوشیمی دانشگاه کالیفرنیا، نتیجه
کار خود را در مجله Physical Review Letters توصیف کردند.
در یک زمان معین، حرکت بی‌نظم کلاسیک می‌تواند همزمان دو نقطه را در فضای فازی با
دقت دلخواه متصل می‌کند. در سال ۱۹۵۶، Stanislaw Ulam، ریاضی‌دان امریکایی تخمین زد
که بواسطه این جنبه فضاپرکنی مسیرهای بی‌نظم، کمترین مقدار مصرف انرژی برای انتقال
یک جسم از یک نقطه به نقطه دیگر کافی خواهد بود. تخمین Ulam هم‌اکنون برای هدایت
سفینه با صرف کمترین انرژی در فضا استفاده می‌شود.
این ایده، یک سیستم پیچیده شبیه منظومه شمسی است که به‌دلیل داشتن سیارات و ماه‌های
بسیار می‌تواند یک سفینه را به مکان مورد نظر پرتاب کند. با استفاده از فوتون‌ها به‌عنوان
یک منبع انرژی، الکترون‌های درون مولکولها می‌توانند همانند یک سفینه در منظومه
شمسی حرکت کنند؛ اما یک مانع وجود دارد و آن اینکه باید قوانین مکانیک کوانتومی این
حرکت‌ها را توصیف کنند، نه قوانین دینامیک نیوتونی. در قوانین مکانیک کوانتوم سیستم
از طریق یک تابع موج یا حالت کوانتومی توصیف می‌شود.
Gruebele وWolynes در شبیه‌سازی مکانیک کوانتومی خود از تخمینUlam، نشان دادند که
محدودیت‌هایی در مورد اینکه چگونه یک نیروی خارجی به‌طور مؤثری می‌تواند یک سیستم
را از یک حالت اولیه به یک حالت نهایی هدایت کند، محدودیت‌هایی وجود دارد.
آنها برای توصیف همه حالت‌های کوانتومی ممکن از این سیستم، از مفهوم حالت فضایی
استفاده کردند. با این روش می‌توان به‌طور تخمینی جایی را که حالت اولیه به آنجا
خواهد رفت و جایی را که احتمالاً حالت هدف از آنجا می‌آید، محاسبه کرد. همچنین می‌توان
مکان‌هایی را در فضای حالت شناسایی کرد که در آنجا این دو حالت نسبت به هم در نزدیک‌ترین
موقعیت قرار گرفته‌اند.
این مکان‌ها جاهایی است که در آن انرژی، بیشترین تأثیر را برای انجام انتقال
کوانتومی توصیف‌شده از حالت اولیه به حالت نهایی اعمال می‌کنند. این روش، یک روش
صحیح و سریع برای محاسبه مؤثرترین روش هدایت یک سیستم کوانتومی بین حالت‌های خاص
است.
|
