マサチューセッツ工科大学の物理学者が量子を操作する方法を開発した
Nature Physicsに掲載された研究では、科学者たちは、現代の原子時計で使用されている2種類の原子の1つであるイッテルビウムの400個の極低温原子を研究しました。彼らは原子を絶対零度のすぐ上で冷却しました。この温度では、熱などのほとんどの古典的な効果が消え、原子の振る舞いは量子効果によってのみ決定されます。
極低温イッテルビウム原子を備えた設置チャンバー。写真：マサチューセッツ工科大学シモン・コロンボ
科学者はレーザーのシステムを使用してキャプチャしました次に、原子を相関状態で振動させる青みがかった色合いの「紛らわしい」光を送りました。それらは、絡み合った原子が時間とともに前方に進化することを可能にし、次にそれらを小さな磁場にさらしました。それは小さな量子変化をもたらし、原子の集団振動をわずかにシフトさせました。
このようなシフトは、で検出することは不可能です。研究者たちは、既存の測定ツールを使用していると述べています。代わりに、物理学者はこの量子信号を増幅するために時間反転を使用しました。これを行うために、彼らは赤い色合いの別のレーザービームを送信しました。これは、原子が時間の経過とともに逆方向に進化しているかのように解けるように刺激しました。
原子をもつれさせたり解きほぐしたりするために使用されるレーザー装置。写真：マサチューセッツ工科大学シモン・コロンボ
チームはこの実験を何千回も実行しました50 ～ 400 個の原子からなる雲を観察し、そのたびに量子信号の増加が観察されます。科学者らは、このもつれ合った系は、同様のもつれのない原子系よりも 15 倍感度が高いことを発見しました。
各タイプの原子は一定の周波数で振動し、これは、正しく測定されれば、非常に正確な振り子として機能する可能性があると著者は説明しています。しかし、1つの原子のスケールでは、量子力学の法則が施行され、原子の振動が変化します。原子の多くの測定を行った後でのみ、科学者はその実際の振動の推定値を取得します。
たとえば、現代の物理学の原子時計では何千もの極低温原子の振動を繰り返し測定して、正確なデータを取得する可能性を高めます。量子もつれシステムの感度を高めることで、測定回数を減らし、原子時計や原子振動に基づくさまざまなセンサーの精度を向上させることができます。
表紙画像：MIT
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