Fysikere fra Massachusetts Institute of Technology har utviklet en metode for å manipulere kvante
I en studie publisert i Nature Physics,Forskerne studerte 400 ultrakalde atomer av ytterbium, en av to typer atomer som brukes i moderne atomklokker. De avkjølte atomene like over absolutt null. Ved denne temperaturen forsvinner de fleste klassiske effekter som varme, og atferden til atomer bestemmes utelukkende av kvanteeffekter.
Installasjonskammer med ultrakalde ytterbiumatomer. Foto: Simone Colombo, MIT
Forskere brukte et system med lasere for å fangeatomer, og sendte deretter ut "forvirrende" lys med et blåaktig skjær som fikk atomene til å oscillere i en korrelert tilstand. De lot de sammenfiltrede atomene utvikle seg fremover i tid og utsatte dem deretter for et lite magnetfelt. Det introduserte en liten kvanteendring, noe som endret de kollektive vibrasjonene til atomene.
Et slikt skifte ville være umulig å oppdage medved hjelp av eksisterende måleverktøy, bemerker forskerne. I stedet brukte fysikere tidsreversering for å forsterke dette kvantesignalet. For å gjøre dette sendte de ut en annen laserstråle med en rød fargetone, som stimulerte atomene til å rakne opp som om de utviklet seg bakover i tid.
En lasermaskin som brukes til å vikle og løsne atomer. Foto: Simone Colombo, MIT
Teamet kjørte dette eksperimentet tusenvis av ganger medskyer på 50 til 400 atomer, hver gang observerer en økning i kvantesignalet. Forskere har funnet ut at deres sammenfiltrede system er 15 ganger mer følsomt enn lignende ikke-sammenfiltrede atomsystemer.
Hver type atom vibrerer med en konstant frekvens,som, hvis den måles riktig, kan fungere som en svært nøyaktig pendel, forklarer forfatterne. Men på skalaen til ett atom trer kvantemekanikkens lover i kraft, og atomets vibrasjoner endres. Først etter å ha gjort mange målinger av et atom, får forskerne et estimat av dets virkelige vibrasjoner.
For eksempel i moderne atomklokker i fysikkmåle vibrasjonene til tusenvis av ultrakalde atomer gjentatte ganger for å øke sjansene deres for å få nøyaktige data. Ved å bruke den økte følsomheten til et kvantesammenfiltret system er det mulig å redusere antall målinger og forbedre nøyaktigheten til atomklokker og ulike sensorer basert på atomvibrasjoner.
Forsidebilde: MIT
Les mer:
Det eldste Voyager 1-oppdraget har en merkelig feil som ikke kan fikses
James Webb-teleskopet tok det første bildet av Jupiter: det har 9 bevegelige mål samtidig
Forskere har funnet en "Pandoras boks" i innvollene på jorden: energien derfra mater livet på planeten