استفاده از یون‌های به‌دام افتاده برای مطالعه حرکت کوانتومی

فیزیک‌دانان اتریشی برای اولین موفق شدند حرکت کوانتومی را مورد بررسی قرار دهند.
این کار به آنها کمک می‌کند تا به درک بهتری از انتقال از فضای کلاسیک به دنیای
کوانتوم برسند. علاوه براین می‌توان از نتایج این پژوهش در تحقیقات مربوط به
محاسبات کوانتومی و اثرات کوانتوم در طبیعت استفاده کرد.

حرکت رندومی برای توضیح بسیاری از سیستم‌ها، از نوسانات در بازار سهام گرفته تا
حرکت براونی ذرات در سطح یک مایع، مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای توضیح آن شخص
گمشده‌ای را در نظر می‌گیرند که قصد دارد برای یافتن مسیر خود از شیر یا خط انداختن
استفاده کند: او سکه را بالا می اندازد اگر شیر آمد یک گام به چپ بر می‌دارد و اگر
خط آمد یک گام به راست. هرچند خط سیر این فرد کاملا تصادفی است اما پس از چند بار
شیر یا خط انداختن موقیعتش به نقطه آغازین بسیار نزدیک خواهد بود.

داستان حرکت رندمی کوانتومی کاملا متفاوت با حرکت رندومی کلاسیک است به طوری که در
هر پرتاب سکه، ذره قادر است هر دو جهت، چپ و راست، را در یک زمان بپیماید. مطابق
قوانین مکانیک کوانتوم این مسیرها می‌توانند با هم تداخل داشته باشند. به مدد وجود
چنین تداخلی توزیع احتمالی ذره کوانتومی بسیار متفاوت از ذره در فضای کلاسیک خواهد
بود.

پژوهشگران اتریشی موفق شدند توزیع احتمالی ذره کوانتومی را محاسبه کنند. برای این
کار آنها از دام یونی استفاده کرده و با آن یک یون کلسیم را به دام انداخته و به
شدت دمای آن را کاهش دادند. این ذره که به پایین‌ترین حالت انرژی خود رسیده توسط
پالس‌های لیزری تحریک شد به طوری که شروع به حرکت به چپ یا راست می‌کند. آنها این
آزمایش را ۲۳ بار تکرار کردند و در آن حرکت ذره را با کمک نشر فلورسانس رصد کردند.
تحلیل این نتایج منجر به ترسیم یک نقشه از توزیع احتمالی موقعیت ذره شد. در گام بعد
آنها از دو ذره برای ترسیم این نقشه استفاده کردند و در نهایت دریافتند که ذرات
کوانتومی بسیارسریع تر از ذرات کلاسیک پخش می‌شوند.

نتایج این تحقیق در مطالعات مربوط به طبیعت نیز می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.
برای مثال انتقال انرژی در گیاهان به دلیل حرکت کوانتومی با راندمان بالاتری صورت
می‌گیرد.