매사추세츠 공과대학 물리학자들이 양자를 조작하는 방법을 개발했습니다.
Nature Physics에 발표된 연구에서,과학자들은 현대 원자 시계에 사용되는 두 가지 유형의 원자 중 하나인 400개의 극저온 이테르븀 원자를 연구했습니다. 그들은 절대 영도 바로 위에서 원자를 냉각했습니다. 이 온도에서는 열과 같은 대부분의 고전적 효과가 사라지고 원자의 거동은 전적으로 양자 효과에 의해 결정됩니다.
초저온 이테르븀 원자가 있는 설치 챔버. 사진: 시몬 콜롬보, MIT
과학자들은 레이저 시스템을 사용하여그런 다음 원자가 상관 상태에서 진동하도록 하는 푸르스름한 색조로 "혼란" 빛을 보냈습니다. 그들은 얽힌 원자가 시간이 지남에 따라 앞으로 진화하도록 허용한 다음 작은 자기장에 노출시켰다. 그것은 원자의 집합적 진동을 약간 이동시키는 작은 양자 변화를 도입했습니다.
이러한 변화는 다음으로 감지할 수 없습니다.기존 측정 도구를 사용하여 연구원들은 말합니다. 대신 물리학자들은 이 양자 신호를 증폭하기 위해 시간 역전을 사용했습니다. 이를 위해 그들은 붉은 색조의 또 다른 레이저 빔을 보내어 마치 시간을 거슬러 거꾸로 진화하는 것처럼 원자가 풀리도록 자극했습니다.
원자를 얽히고 얽히게 하는 데 사용되는 레이저 기계. 사진: 시몬 콜롬보, MIT
팀은 이 실험을 수천 번 실행했습니다.50~400개의 원자로 이루어진 구름은 매번 양자 신호의 증가를 관찰합니다. 과학자들은 얽힌 시스템이 얽히지 않은 유사한 원자 시스템보다 15배 더 민감하다는 사실을 발견했습니다.
각 유형의 원자는 일정한 주파수로 진동하며,정확하게 측정하면 매우 정확한 진자 역할을 할 수 있다고 저자는 설명합니다. 그러나 하나의 원자 규모에서 양자 역학의 법칙이 시행되고 원자의 진동이 바뀝니다. 과학자들은 원자를 여러 번 측정한 후에야 실제 진동을 추정할 수 있습니다.
예를 들어, 물리학의 현대 원자 시계에서수천 개의 극저온 원자의 진동을 반복적으로 측정하여 정확한 데이터를 얻을 가능성을 높입니다. 양자 얽힘 시스템의 향상된 감도를 사용하여 측정 횟수를 줄이고 원자 진동을 기반으로 한 원자 시계 및 다양한 센서의 정확도를 향상시킬 수 있습니다.
표지 이미지: MIT
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