Fizycy z Massachusetts Institute of Technology opracowali metodę manipulowania kwantami
W badaniu opublikowanym w Nature Physics,Naukowcy zbadali 400 ultrazimnych atomów iterbu, jednego z dwóch typów atomów stosowanych w nowoczesnych zegarach atomowych. Schłodziły atomy tuż powyżej zera absolutnego. W tej temperaturze większość klasycznych efektów, takich jak ciepło, zanika, a zachowanie atomów jest determinowane wyłącznie przez efekty kwantowe.
Komora instalacyjna z ultrazimnymi atomami iterbu. Zdjęcie: Simone Colombo, MIT
Naukowcy wykorzystali system laserów do przechwytywaniaatomów, a następnie wysłał "mylące" światło z niebieskawym odcieniem, który spowodował, że atomy oscylują w skorelowanym stanie. Pozwolili splątanym atomom ewoluować do przodu w czasie, a następnie poddali je działaniu niewielkiego pola magnetycznego. Wprowadziła niewielką zmianę kwantową, nieznacznie przesuwając kolektywne wibracje atomów.
Takie przesunięcie byłoby niemożliwe do wykrycia za pomocąprzy użyciu istniejących narzędzi pomiarowych, zauważają naukowcy. Zamiast tego fizycy zastosowali odwrócenie czasu, aby wzmocnić ten sygnał kwantowy. Aby to zrobić, wysłali kolejną wiązkę laserową o czerwonym zabarwieniu, która pobudziła atomy do rozwikłania się, jakby ewoluowały wstecz w czasie.
Maszyna laserowa używana do plątania i rozplątywania atomów. Zdjęcie: Simone Colombo, MIT
Zespół przeprowadził ten eksperyment tysiące razychmury od 50 do 400 atomów, za każdym razem obserwując wzrost sygnału kwantowego. Naukowcy odkryli, że ich splątany układ atomowy jest 15 razy bardziej czuły niż podobne niesplątane układy atomowe.
Każdy rodzaj atomu wibruje ze stałą częstotliwością,które, jeśli zostaną zmierzone poprawnie, mogą służyć jako bardzo dokładne wahadło, wyjaśniają autorzy. Ale w skali jednego atomu wchodzą w życie prawa mechaniki kwantowej i zmieniają się wibracje atomu. Dopiero po wykonaniu wielu pomiarów atomu naukowcy uzyskują oszacowanie jego rzeczywistych wibracji.
Na przykład we współczesnych zegarach atomowych fizykiwielokrotnie mierzą wibracje tysięcy ultrazimnych atomów, aby zwiększyć ich szanse na uzyskanie dokładnych danych. Wykorzystując zwiększoną czułość splątanego układu kwantowego, można zmniejszyć liczbę pomiarów i poprawić dokładność zegarów atomowych i różnych czujników opartych na drganiach atomowych.
Zdjęcie na okładce: MIT
Czytaj więcej:
Najstarsza misja Voyager 1 ma dziwną usterkę, której nie można naprawić
Teleskop Jamesa Webba wykonał pierwsze zdjęcie Jowisza: pokazuje jednocześnie 9 ruchomych celów
Naukowcy znaleźli „puszkę Pandory” w trzewiach Ziemi: energia stamtąd zasila życie na planecie