Οι ερευνητές έχουν ανακαλύψει έναν απλό αλλά ισχυρό τρόπο για την προστασία των ατόμων από την απώλεια πληροφοριών - μια βασική πρόκληση στην ανάπτυξη αξιόπιστων κβαντικών τεχνολογιών.
Με τη λάμψη μιας ενιαίας, προσεκτικά συντονισμένης δέσμης λέιζερ σε ένα αέριο ατόμων, κατάφεραν να διατηρήσουν τις εσωτερικές περιστροφές των ατόμων συγχρονισμένες, μειώνοντας δραματικά τον ρυθμό με τον οποίο χάνονται οι πληροφορίες. Στους κβαντικούς αισθητήρες και τα συστήματα μνήμης, τα άτομα συχνά χάνουν τον μαγνητικό τους προσανατολισμό - ή "spin" - όταν συγκρούονται μεταξύ τους ή τα τοιχώματα του δοχείου τους.
Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως χαλάρωση περιστροφής, περιορίζει σοβαρά την απόδοση και τη σταθερότητα τέτοιων συσκευών. Οι παραδοσιακές μέθοδοι για να εξουδετερώσουν το απαιτούσαν να λειτουργούν σε εξαιρετικά χαμηλά μαγνητικά πεδία και να χρησιμοποιούν ογκώδη μαγνητική θωράκιση.
Η νέα μέθοδος παρακάμπτει εξ ολοκλήρου τους περιορισμούς. Αντί να προστατεύει μαγνητικά το σύστημα, χρησιμοποιεί το φως για να μετατοπίσει τα επίπεδα ατομικής ενέργειας, ευθυγραμμίζοντας τις περιστροφές των ατόμων και τη διατήρησή τους σε συγχρονισμό, ακόμη και όταν κινούνται και συγκρούονται. Αυτό δημιουργεί μια πιο ανθεκτική κατάσταση περιστροφής που προστατεύεται φυσικά από την αποσύνδεση.
Σε εργαστηριακά πειράματα με ζεστό ατμό καισίου, η τεχνική μείωσε την αποσύνθεση περιστροφής κατά 10 και βελτιωμένη μαγνητική ευαισθησία. Αυτή η ανακάλυψη καταδεικνύει ότι μια ενιαία δέσμη φωτός μπορεί να επεκτείνει τον χρόνο συνοχής των ατομικών περιστροφών, ανοίγοντας την πόρτα σε πιο συμπαγείς, ακριβείς και ισχυρούς κβαντικούς αισθητήρες, μαγνητόμετρα και συσκευές μνήμης.
Μια ομάδα φυσικών από το Τμήμα Εφαρμοσμένης Φυσικής και Κέντρου Νανοκέφαλου και Νανοτεχνολογίας του Εβραϊκού Πανεπιστημίου, σε συνεργασία με τη Σχολή Εφαρμοσμένης και Μηχανικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Cornell, έχει αποκαλύψει μια ισχυρή νέα μέθοδο για την προστασία των ατομικών περιστροφών από το περιβαλλοντικό "θόρυβο" {0} ένα σημαντικό βήμα προς τη βελτίωση της ακρίβειας και της κατάρρευσης των τεχνολογιών, όπως οι αισθητήρες ποσοτήτων και των συστημάτων Navitive.
Η μελέτη, "Η οπτική προστασία του αλκαλίου - μεταλλικών ατόμων από τη χαλάρωση του spin", από τον Avraham Berrebi, τον Mark Dikopoltsev, τον καθηγητή Ori Katz (Εβραϊκό Πανεπιστήμιο) και τον καθηγητή ή τον Katz (Πανεπιστήμιο Cornell), δημοσιεύθηκεΦυσικές επιστολές αναθεώρησηςκαι μπορεί ενδεχομένως να φέρει επανάσταση σε πεδία που εξαρτώνται από τη μαγνητική ανίχνευση και την ατομική συνοχή.
Τα άτομα με μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια - όπως αυτά του ατμού καισίου - έχουν μια ιδιότητα του "spin", αλληλεπιδρούν έντονα με μαγνητικά πεδία και επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν για Ultra {{2} ευαίσθητες μετρήσεις μαγνητικών πεδίων, βαρύτητας και ακόμη και εγκεφαλικής δραστηριότητας. Αλλά αυτές οι περιστροφές είναι γνωστές.
Ακόμη και η μικρότερη διαταραχή από τα περιβάλλοντα άτομα ή τοίχους των εμπορευματοκιβωτίων μπορεί να τους προκαλέσει να χάσουν τον προσανατολισμό τους, μια διαδικασία γνωστή ως χαλάρωση περιστροφής. Μέχρι τώρα, η προστασία αυτών των περιστροφών από τέτοιες παρεμβολές απαιτούσε περίπλοκες ρυθμίσεις ή εργάστηκε μόνο υπό πολύ συγκεκριμένες συνθήκες. Η νέα μέθοδος αλλάζει αυτό.
Φως λέιζερ ως ασπίδα
Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια τεχνική που χρησιμοποιεί μια ενιαία, ακριβώς συντονισμένη δέσμη λέιζερ για να συγχρονίσει την πρεσβεία των ατομικών περιστροφών στο μαγνητικό πεδίο -, ακόμη και όταν τα άτομα συγκρούονται συνεχώς μεταξύ τους και το περιβάλλον τους.
Φανταστείτε ένα σενάριο όπου εκατοντάδες μικροσκοπικές περιστρεφόμενες κορυφές περιορίζονται μέσα σε ένα κουτί. Συνήθως, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ αυτών των κορυφών μπορούν να διαταράξουν τις διαμορφώσεις περιστροφής τους, προκαλώντας το σύνολο του συστήματος να πέσει εκτός συγχρονισμού. Αυτό το αποτέλεσμα γίνεται πολύ πιο κυρίαρχο σε υψηλά μαγνητικά πεδία, καθώς η διαδικασία TOPS και αλλάζει τον προσανατολισμό τους πολύ πιο γρήγορα.
Ωστόσο, μια συγκεκριμένη μέθοδος χρησιμοποιεί φως για να διατηρήσει τον συγχρονισμό στο σύστημα. Αντιμετωπίζοντας τις διαφορές στις διάφορες διαμορφώσεις περιστροφής, το φως διατηρεί αποτελεσματικά όλες τις κορυφές που περιστρέφονται σε αρμονία, αποτρέποντας τη διαταραχή και επιτρέποντας τη συνεργατική συμπεριφορά μεταξύ των περιστρεφόμενων οντοτήτων, ακόμη και σε υψηλά μαγνητικά πεδία. Αυτή η προσέγγιση υπογραμμίζει τη συναρπαστική αλληλεπίδραση μεταξύ της δυναμικής του φωτός και της ατομικής περιστροφής.
Οι ερευνητές πέτυχαν μια εννέα - βελτίωση της πτυχής σε πόσο καιρό τα άτομα του καισίου διατήρησαν τον προσανατολισμό τους. Είναι αξιοσημείωτο ότι αυτή η προστασία λειτουργεί ακόμη και όταν τα άτομα αναπηδούν ειδικά αντι -- χαλάρωση - επικαλυμμένα κυτταρικά τοιχώματα και βιώνουν συχνές εσωτερικές συγκρούσεις.
Πραγματικό - παγκόσμιο δυναμικό
Αυτή η τεχνική θα μπορούσε να ενισχύσει σημαντικά τις συσκευές που βασίζονται σε ατομικές περιστροφές, συμπεριλαμβανομένων:
Κβαντικοί αισθητήρες και μαγνητόμετρα που χρησιμοποιούνται στην ιατρική απεικόνιση, αρχαιολογία και εξερεύνηση του διαστήματος
Συστήματα πλοήγησης ακριβείας που δεν βασίζονται σε GPS
Πλατφόρμες κβαντικών πληροφοριών όπου η σταθερότητα περιστροφής είναι το κλειδί για την αποθήκευση και την επεξεργασία πληροφοριών
Επειδή η μέθοδος λειτουργεί σε "ζεστά" περιβάλλοντα και δεν απαιτεί ακραία ψύξη ή περίπλοκη ρύθμιση πεδίου, θα μπορούσε να είναι πιο πρακτικό για τις πραγματικές - παγκόσμιες εφαρμογές από τις υπάρχουσες προσεγγίσεις.
"Αυτή η προσέγγιση ανοίγει ένα νέο κεφάλαιο για την προστασία των κβαντικών συστημάτων από το θόρυβο", δήλωσε οι ερευνητές. "Με την εκμετάλλευση της φυσικής κίνησης των ατόμων και τη χρήση του φωτός ως σταθεροποιητή, μπορούμε τώρα να διατηρήσουμε τη συνοχή σε ένα ευρύτερο φάσμα συνθηκών από ποτέ."
Η έρευνα βασίζεται σε δεκαετίες εργασίας στην ατομική φυσική, αλλά αυτή η απλή, κομψή λύση - χρησιμοποιώντας το φως για να συντονίζει άτομα - είναι ένα άλμα προς τα εμπρός. Μπορεί να ανοίξει το δρόμο για πιο ισχυρές, ακριβείς και προσβάσιμες κβαντικές τεχνολογίες στο εγγύς μέλλον.
