I fisici del Massachusetts Institute of Technology hanno sviluppato un metodo per manipolare i quanti
In uno studio pubblicato su Nature Physics,Gli scienziati hanno studiato 400 atomi ultrafreddi di itterbio, uno dei due tipi di atomi utilizzati nei moderni orologi atomici. Hanno raffreddato gli atomi appena sopra lo zero assoluto. A questa temperatura, la maggior parte degli effetti classici come il calore scompaiono e il comportamento degli atomi è determinato esclusivamente dagli effetti quantistici.
Camera di installazione con atomi di itterbio ultrafreddi. Foto: Simone Colombo, MIT
Gli scienziati hanno utilizzato un sistema di laser per catturareatomi, e quindi emetteva una luce "confusa" con una sfumatura bluastra che faceva oscillare gli atomi in uno stato correlato. Hanno permesso agli atomi aggrovigliati di evolversi in avanti nel tempo e poi li hanno sottoposti a un piccolo campo magnetico. Ha introdotto un piccolo cambiamento quantico, spostando leggermente le vibrazioni collettive degli atomi.
Un tale cambiamento sarebbe impossibile da rilevareutilizzando gli strumenti di misurazione esistenti, osservano i ricercatori. Invece, i fisici hanno utilizzato l'inversione del tempo per amplificare questo segnale quantistico. Per fare ciò, hanno emesso un altro raggio laser con una sfumatura rossa, che ha stimolato gli atomi a districarsi come se si stessero evolvendo indietro nel tempo.
Una macchina laser usata per aggrovigliare e districare gli atomi. Foto: Simone Colombo, MIT
Il team ha eseguito questo esperimento migliaia di volte connubi da 50 a 400 atomi, osservando ogni volta un aumento del segnale quantistico. Gli scienziati hanno scoperto che il loro sistema entangled è 15 volte più sensibile di sistemi atomici simili non entangled.
Ogni tipo di atomo vibra a frequenza costante,che, se misurato correttamente, può fungere da pendolo molto preciso, spiegano gli autori. Ma sulla scala di un atomo, le leggi della meccanica quantistica entrano in vigore e le vibrazioni dell'atomo cambiano. Solo dopo aver effettuato molte misurazioni di un atomo, gli scienziati ottengono una stima delle sue vibrazioni reali.
Ad esempio, nei moderni orologi atomici della fisicamisurare ripetutamente le vibrazioni di migliaia di atomi ultrafreddi per aumentare le loro possibilità di ottenere dati accurati. Utilizzando la maggiore sensibilità di un sistema quantistico entangled, è possibile ridurre il numero di misurazioni e migliorare la precisione degli orologi atomici e di vari sensori basati sulle vibrazioni atomiche.
Immagine di copertina: MIT
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