Natuurkundigen van het Massachusetts Institute of Technology hebben een methode ontwikkeld om kwantum te manipuleren
In een studie gepubliceerd in Nature Physics,De wetenschappers bestudeerden 400 ultrakoude atomen van ytterbium, een van de twee soorten atomen die in moderne atoomklokken worden gebruikt. Ze koelden de atomen net boven het absolute nulpunt af. Bij deze temperatuur verdwijnen de meeste klassieke effecten zoals warmte en wordt het gedrag van atomen uitsluitend bepaald door kwantumeffecten.
Installatiekamer met ultrakoude ytterbiumatomen. Foto: Simone Colombo, MIT
Wetenschappers gebruikten een systeem van lasers om vast te leggenatomen, en zond vervolgens "verwarrend" licht uit met een blauwachtige tint die ervoor zorgde dat de atomen in een gecorreleerde toestand oscilleerden. Ze lieten de verstrengelde atomen vooruit in de tijd evolueren en onderwierpen ze vervolgens aan een klein magnetisch veld. Het introduceerde een kleine kwantumverandering, waardoor de collectieve trillingen van de atomen enigszins verschoven.
Een dergelijke verschuiving zou onmogelijk te detecteren zijn metmet behulp van bestaande meetinstrumenten, merken de onderzoekers op. In plaats daarvan gebruikten natuurkundigen tijdomkering om dit kwantumsignaal te versterken. Om dit te doen, zonden ze nog een laserstraal uit met een rode tint, die de atomen stimuleerde om te ontrafelen alsof ze achteruit in de tijd evolueerden.
Een lasermachine die wordt gebruikt om atomen te verstrengelen en te ontwarren. Foto: Simone Colombo, MIT
Het team heeft dit experiment duizenden keren uitgevoerdwolken van 50 tot 400 atomen, waarbij telkens een toename van het kwantumsignaal wordt waargenomen. Wetenschappers hebben ontdekt dat hun verstrengelde systeem 15 keer gevoeliger is dan vergelijkbare niet-verstrengelde atomaire systemen.
Elk type atoom trilt met een constante frequentie,die, indien correct gemeten, kan dienen als een zeer nauwkeurige slinger, leggen de auteurs uit. Maar op de schaal van één atoom treden de wetten van de kwantummechanica in werking en veranderen de trillingen van het atoom. Pas na veel metingen aan een atoom te hebben gedaan, krijgen wetenschappers een schatting van de werkelijke trillingen.
Bijvoorbeeld in moderne atoomklokken van de natuurkundemeet herhaaldelijk de trillingen van duizenden ultrakoude atomen om hun kansen op het verkrijgen van nauwkeurige gegevens te vergroten. Door de verhoogde gevoeligheid van een quantumverstrengeld systeem te gebruiken, is het mogelijk om het aantal metingen te verminderen en de nauwkeurigheid van atoomklokken en verschillende sensoren op basis van atomaire trillingen te verbeteren.
Omslagafbeelding: MIT
Lees verder:
De oudste Voyager 1-missie heeft een vreemde storing die niet kan worden verholpen
De James Webb-telescoop nam de eerste foto van Jupiter: hij toont 9 bewegende doelen tegelijk
Wetenschappers hebben een "doos van Pandora" gevonden in de ingewanden van de aarde: de energie van daaruit voedt het leven op de planeet