Fysiker från Massachusetts Institute of Technology har utvecklat en metod för att manipulera kvant
I en studie publicerad i Nature Physics,Forskarna studerade 400 ultrakalla atomer av ytterbium, en av två typer av atomer som används i moderna atomur. De kylde atomerna strax över den absoluta nollpunkten. Vid denna temperatur försvinner de flesta klassiska effekter som värme, och atomernas beteende bestäms enbart av kvanteffekter.
Installationskammare med ultrakalla ytterbiumatomer. Foto: Simone Colombo, MIT
Forskare använde ett system av lasrar för att fångaatomer, och skickade sedan ut "förvirrande" ljus med en blåaktig nyans som fick atomerna att oscillera i ett korrelerat tillstånd. De tillät de intrasslade atomerna att utvecklas framåt i tiden och utsatte dem sedan för ett litet magnetfält. Det introducerade en liten kvantförändring, något som förändrade atomernas kollektiva vibrationer.
En sådan förändring skulle vara omöjlig att upptäcka medmed hjälp av befintliga mätverktyg, konstaterar forskarna. Istället använde fysiker tidsreversering för att förstärka denna kvantsignal. För att göra detta skickade de ut ytterligare en laserstråle med en röd nyans, som stimulerade atomerna att rivas upp som om de utvecklades bakåt i tiden.
En lasermaskin som används för att trassla in och isär atomer. Foto: Simone Colombo, MIT
Teamet körde detta experiment tusentals gånger medmoln med 50 till 400 atomer som varje gång observerar en ökning av kvantsignalen. Forskare har funnit att deras intrasslade system är 15 gånger känsligare än liknande icke-trasslade atomsystem.
Varje typ av atom vibrerar med en konstant frekvens,som, om den mäts rätt, kan fungera som en mycket exakt pendel, förklarar författarna. Men på en atoms skala träder kvantmekanikens lagar i kraft, och atomens vibrationer förändras. Först efter att ha gjort många mätningar av en atom får forskare en uppskattning av dess verkliga vibrationer.
Till exempel i fysiks moderna atomurmäta vibrationerna från tusentals ultrakalla atomer upprepade gånger för att öka deras chanser att få korrekta data. Genom att använda den ökade känsligheten hos ett kvanttrasslat system är det möjligt att minska antalet mätningar och förbättra noggrannheten hos atomklockor och olika sensorer baserade på atomvibrationer.
Omslagsbild: MIT
Läs mer:
Det äldsta Voyager 1-uppdraget har ett konstigt fel som inte går att fixa
James Webb-teleskopet tog den första bilden av Jupiter: den visar 9 rörliga mål samtidigt
Forskare har hittat en "Pandoras ask" i jordens tarmar: energin därifrån matar livet på planeten