Interferometer gelombang jirim terjerat. Kini dengan rasa seram berganda

Penunjukan atom terjerat dalam interferometer. Kredit: Steven Burrows, Thompson Group/JILA

Pasukan penyelidik JILA dan NIST Fellow James K. Thompson buat pertama kalinya telah berjaya menggabungkan dua ciri mekanik kuantum yang “paling menyeramkan” untuk membuat penderia kuantum yang lebih baik: jalinan antara atom dan penyahlokasian atom.

Einstein pada asalnya dirujuk kekusutan sebagai mencipta tindakan menyeramkan pada jarak jauh—kesan aneh mekanik kuantum di mana apa yang berlaku kepada satu atom entah bagaimana mempengaruhi atom lain di tempat lain. Keterikatan adalah di tengah-tengah komputer kuantum yang diharapkan, simulator kuantum dan penderia kuantum.

Aspek kedua mekanik kuantum yang agak menyeramkan ialah penyahtempatan, hakikat bahawa a atom tunggal boleh berada di lebih daripada satu tempat pada masa yang sama. Seperti yang diterangkan dalam kertas kerja mereka baru-baru ini diterbitkan dalam alam semula jadikumpulan Thompson telah menggabungkan kengerian kedua-dua keterjeratan dan penyahlokasian untuk merealisasikan interferometer gelombang jirim yang dapat merasakan pecutan dengan ketepatan yang melepasi had kuantum piawai (had pada ketepatan pengukuran eksperimen pada tahap kuantum) untuk kali pertama.

Dengan menggandakan ketakutan, penderia kuantum masa hadapan akan dapat menyediakan navigasi yang lebih tepat, meneroka sumber semula jadi yang diperlukan, lebih tepat menentukan pemalar asas seperti struktur halus dan pemalar graviti, melihat dengan lebih tepat untuk jirim gelap, atau mungkin juga satu. hari mengesan gelombang graviti.

Menjana kekusutan

Untuk menjerat dua objek, seseorang mesti membawanya dengan sangat, sangat rapat antara satu sama lain supaya mereka boleh berinteraksi. Kumpulan Thompson telah belajar cara menjerat beribu-ribu hingga berjuta-juta atom walaupun jaraknya milimeter atau lebih. Mereka melakukan ini dengan menggunakan pantulan cahaya di antara cermin, dipanggil an rongga optik, untuk membolehkan maklumat melompat di antara atom dan mengaitnya ke dalam keadaan terjerat. Dengan menggunakan pendekatan berasaskan cahaya yang unik ini, mereka telah mencipta dan memerhati beberapa keadaan yang paling terikat yang pernah dihasilkan dalam mana-mana sistem sama ada keadaan atom, fotonik atau pepejal.

Kumpulan itu mereka bentuk dua pendekatan eksperimen yang berbeza, kedua-duanya mereka gunakan dalam kerja baru-baru ini. Dalam pendekatan pertama, dipanggil ukuran bukan perobohan kuantum, mereka membuat praukuran hingar kuantum yang dikaitkan dengan atom mereka dan hanya menolak hingar kuantum daripada ukuran akhir mereka.

Dalam pendekatan kedua, cahaya yang disuntik ke dalam rongga menyebabkan atom mengalami pusingan satu paksi, satu proses di mana hingar kuantum setiap atom menjadi berkorelasi dengan hingar kuantum semua atom lain supaya mereka boleh bersekongkol bersama menjadi lebih senyap. . “Atom-atom itu seperti kanak-kanak yang membisu antara satu sama lain supaya diam supaya mereka dapat mendengar tentang parti yang dijanjikan oleh guru kepada mereka, tetapi di sinilah keterjeratan yang menyebabkan keresahan itu,” kata Thompson.

Interferometer gelombang jirim

Salah satu penderia kuantum yang paling tepat dan tepat hari ini ialah interferometer gelombang jirim. Ideanya ialah seseorang menggunakan denyutan cahaya untuk menyebabkan atom bergerak secara serentak dan tidak bergerak dengan kedua-duanya menyerap dan tidak menyerap cahaya laser. Ini menyebabkan atom dari masa ke masa serentak berada di dua tempat yang berbeza sekaligus.

Sebagai pelajar siswazah Chengyi Luo menerangkan, “Kami memancarkan pancaran laser pada atom supaya kami benar-benar membahagikan setiap paket gelombang kuantum atom kepada dua, dengan kata lain, zarah itu sebenarnya wujud dalam dua ruang berasingan pada masa yang sama.” Nadi kemudian daripada lampu Laser kemudian membalikkan proses membawa paket gelombang kuantum kembali bersama-sama supaya sebarang perubahan dalam persekitaran seperti pecutan atau putaran boleh dirasai oleh jumlah gangguan yang boleh diukur yang berlaku pada dua bahagian paket gelombang atom, sama seperti dilakukan dengan medan cahaya dalam interferometer biasa, tetapi di sini dengan gelombang de’Broglie, atau gelombang yang diperbuat daripada jirim.

Pasukan pelajar siswazah JILA mengetahui cara membuat semua ini berfungsi di dalam rongga optik dengan cermin yang sangat reflektif. Mereka boleh mengukur sejauh mana atom jatuh di sepanjang rongga berorientasikan menegak disebabkan graviti dalam versi kuantum eksperimen graviti Galileo yang menjatuhkan item dari Menara Condong Pisa, tetapi dengan semua faedah ketepatan dan ketepatan yang datang daripada mekanik kuantum.

Menggandakan rasa seram

Dengan mempelajari cara mengendalikan interferometer gelombang jirim di dalam rongga optik, pasukan pelajar siswazah yang diketuai oleh Chengyi Luo dan Graham Greve kemudiannya dapat mengambil kesempatan daripada interaksi jirim cahaya untuk mewujudkan jalinan antara atom yang berbeza untuk membuat ukuran pecutan yang lebih senyap dan lebih tepat akibat graviti. Ini adalah kali pertama sesiapa sahaja dapat memerhati interferometer gelombang jirim dengan ketepatan yang melepasi had kuantum piawai pada ketepatan yang ditetapkan oleh hingar kuantum yang tidak terikat. atom.

Terima kasih kepada ketepatan yang dipertingkatkan, penyelidik seperti Luo dan Thompson melihat banyak faedah masa depan untuk menggunakan keterikatan sebagai sumber dalam penderia kuantum. Thompson berkata, “Saya fikir suatu hari nanti kita akan dapat memperkenalkan keterikatan ke dalam interferometer gelombang jirim untuk mengesan gelombang graviti di angkasa, atau untuk jirim gelap carian—perkara yang menyiasat fizik asasserta peranti yang boleh digunakan untuk aplikasi setiap hari seperti navigasi atau geodesi.”

Dengan kemajuan percubaan yang penting ini, Thompson dan pasukannya berharap orang lain akan menggunakan pendekatan interferometer terjerat baharu ini untuk membawa kepada kemajuan lain dalam bidang fizik. Dengan keyakinan, Thompson berkata, “Dengan belajar memanfaatkan dan mengawal semua kengerian yang sudah kita ketahui, mungkin kita boleh menemui perkara baru yang menyeramkan tentang alam semesta yang belum kita fikirkan lagi.”


Rangkaian kuantum jam atom terjerat


Maklumat lanjut:
Graham P. Greve et al, Interferometri gelombang jirim yang dipertingkatkan dalam rongga kehalusan tinggi, alam semula jadi (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05197-9

Petikan: Interferometer gelombang jirim terjerat. Kini dengan kengerian berganda (2022, 21 Oktober) diperoleh 22 Oktober 2022 daripada

Dokumen ini tertakluk kepada hak cipta. Selain daripada sebarang urusan adil untuk tujuan kajian atau penyelidikan persendirian, tiada bahagian boleh diterbitkan semula tanpa kebenaran bertulis. Kandungan disediakan untuk tujuan maklumat sahaja.

We would like to say thanks to the writer of this write-up for this awesome material

Interferometer gelombang jirim terjerat. Kini dengan rasa seram berganda


You can find our social media profiles here , as well as other pages related to them here.https://paw6.info/related-pages/