Fysikere fra Massachusetts Institute of Technology har udviklet en metode til at manipulere kvante
I en undersøgelse offentliggjort i Nature Physics,Forskerne studerede 400 ultrakolde atomer af ytterbium, en af to typer atomer, der bruges i moderne atomure. De afkølede atomerne lige over det absolutte nulpunkt. Ved denne temperatur forsvinder de fleste klassiske effekter såsom varme, og atomernes adfærd bestemmes udelukkende af kvanteeffekter.
Installationskammer med ultrakolde ytterbium atomer. Foto: Simone Colombo, MIT
Forskere brugte et system af lasere til at fangeatomer, og derefter udsendt "forvirrende" lys med et blåligt skær, der fik atomerne til at oscillere i en korreleret tilstand. De tillod de sammenfiltrede atomer at udvikle sig fremad i tiden og udsatte dem derefter for et lille magnetfelt. Det introducerede en lille kvanteændring, der ændrede atomernes kollektive vibrationer en smule.
Et sådant skifte ville være umuligt at opdage medved hjælp af eksisterende måleværktøjer, bemærker forskerne. I stedet brugte fysikere tidsvending til at forstærke dette kvantesignal. For at gøre dette sendte de endnu en laserstråle ud med en rød farvetone, som stimulerede atomerne til at optrevle, som om de udviklede sig baglæns i tiden.
En lasermaskine, der bruges til at vikle og adskille atomer. Foto: Simone Colombo, MIT
Holdet kørte dette eksperiment tusindvis af gange medskyer på 50 til 400 atomer, der hver gang observerer en stigning i kvantesignalet. Forskere har fundet ud af, at deres sammenfiltrede system er 15 gange mere følsomt end lignende ikke-sammenfiltrede atomsystemer.
Hver type atom vibrerer med en konstant frekvens,som, hvis det måles korrekt, kan fungere som et meget præcist pendul, forklarer forfatterne. Men på et atoms skala træder kvantemekanikkens love i kraft, og atomets vibrationer ændres. Først efter at have foretaget mange målinger af et atom, får forskerne et skøn over dets reelle vibrationer.
For eksempel i moderne atomure i fysikgentagne gange måle vibrationerne fra tusindvis af ultrakolde atomer for at øge deres chancer for at opnå nøjagtige data. Ved at bruge den øgede følsomhed af et kvantesammenfiltret system er det muligt at reducere antallet af målinger og forbedre nøjagtigheden af atomure og forskellige sensorer baseret på atomare vibrationer.
Forsidebillede: MIT
Læs mere:
Den ældste Voyager 1-mission har en mærkelig fejl, som ikke kan rettes
James Webb-teleskopet tog det første billede af Jupiter: det viser 9 bevægelige mål på én gang
Forskere har fundet en "Pandoras æske" i jordens indvolde: energien derfra nærer livet på planeten