Kvant spinləri arasındakı qarşılıqlı təsirlər, superkeçiricilər və maqnitlər kimi kainatın ən maraqlı hadisələrinin əsasını təşkil edir. Bununla belə, fiziklər laboratoriyada bu qarşılıqlı təsirləri təkrarlayan idarə oluna bilən sistemləri tərtib etməkdə çətinlik çəkirlər.

İndi, bu yaxınlarda nəşr olunan Təbiət məqaləsində, JILA və NIST Təqaüdçüsü və Kolorado Universitetinin Boulder Fizika üzrə professoru Jun Ye və komandası, Harvard Universitetindəki Mixail Lukinin qrupunun əməkdaşları ilə birlikdə Floquet mühəndisliyi kimi tanınan bir prosesdə dövri mikrodalğalı impulslardan istifadə etdilər. fundamental maqnit sistemlərini öyrənmək üçün uyğun bir sistemdə ultrasoyuq kalium-rubidium molekulları arasında qarşılıqlı əlaqəni tənzimləmək. Bundan əlavə, tədqiqatçılar öz sistemlərində iki oxlu bükülmə dinamikasını müşahidə etdilər ki, bu da gələcəkdə gücləndirilmiş kvant algılaması üçün dolaşıq vəziyyətlər yarada bilər.

Bu təcrübədə tədqiqatçılar qütblü olan ultrasoyuq kalium-rubidium molekullarını manipulyasiya etdilər. Qütb molekulları kvant simulyasiyaları üçün perspektivli platforma olduğundan , Floquet mühəndisliyindən istifadə edərək tənzimlənə bilən molekulyar qarşılıqlı əlaqə digər kvant çoxbədənli sistemləri başa düşmək üçün yeni qapılar aça bilər.

JILA aspirantı izah edir: “Bu kvant sistemlərinin, xüsusən də qütb molekullarının istifadəsinə böyük maraq var – bir çox yeni fizika effektlərinə həssaslıq ola bilər, çünki molekullar bir çox müxtəlif fiziki sabitlərdən asılı olan zəngin enerji strukturuna malikdir”. və tədqiqatın ilk müəllifi Calder Miller. “Beləliklə, əgər onların qarşılıqlı əlaqəsini tərtib edə bilsək, prinsipcə, yeni fizikaya daha yaxşı həssaslıq verən dolaşıq vəziyyətlər yarada bilərik.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1726210920&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-09-floquet-tunes-ultracold-molecule-interactions.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI4LjAuNjYxMy4xMzgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxMjguMC42NjEzLjEzOCJdLFsiTm90O0E9QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyOC4wLjY2MTMuMTM4Il1dLDBd&dt=1726210871606&bpp=1&bdt=123&idt=103&shv=r20240911&mjsv=m202409090101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Ddd084782a3980897%3AT%3D1725971170%3ART%3D1726210670%3AS%3DALNI_Ma1uv12HX_ctV-7loP2Dla_dLGslw&eo_id_str=ID%3D6cdee71e935b6dcb%3AT%3D1725971170%3ART%3D1726210670%3AS%3DAA-AfjZEH1DAbfRV50frmhACTroQ&prev_fmts=0x0%2C1903x911&nras=2&correlator=4057074621611&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=1690&biw=1903&bih=911&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C31086852%2C31086863%2C95332928%2C95338228%2C95341662%2C95342033%2C95342457%2C31086974%2C95341671&oid=2&pvsid=2603757889425562&tmod=2134885222&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fsort%2Fdate%2Fall%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C911&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=49241

Floquet mühəndisliyinin həyata keçirilməsi

Floquet mühəndisliyi fiziki sistemlərdə qarşılıqlı əlaqəni idarə etmək üçün faydalı bir texnika kimi ortaya çıxdı. Bu üsul flaşların sürətini və intensivliyini tənzimləməklə obyektlərin yavaş hərəkətdə hərəkət etdiyini və ya hətta yerində dayandığını göstərmək kimi müxtəlif vizual effektlər yarada bilən “kvant strob işığı” kimi fəaliyyət göstərir.

Eynilə, sistemi idarə etmək üçün dövri mikrodalğalı impulslardan istifadə etməklə, elm adamları hissəciklərin qarşılıqlı təsirinə nəzarət edərək müxtəlif kvant effektləri yarada bilərlər.

Ye’nin tədqiqat qrupunun JILA aspirantı və bu tədqiqatın müəllif yoldaşı Annette Carroll deyir: “Köhnə quruluşumuzda idarə edə biləcəyimiz impulsların sayında məhdud idik”. “Beləliklə, biz FPGA əsaslı ixtiyari dalğa forması generatoru hazırlamaq üçün elektronika mağazası ilə işlədik, bu da bizə indi minlərlə impuls tətbiq etməyə imkan verir. Bu o deməkdir ki, biz təkcə tək hissəciklərin səs-küyünü aradan qaldıran nəbz ardıcıllığını tərtib edə bilərik, həm də biz də edə bilərik. sistemdəki qarşılıqlı əlaqələri dəyişdirin.”

Floquet mühəndisliyini tətbiq etməzdən əvvəl tədqiqatçılar ilk olaraq molekulların iki ən aşağı fırlanma vəziyyətində kvant məlumatını kodladılar (baxmayaraq ki, molekulların daha çox vəziyyətləri var). İlkin mikrodalğalı nəbzdən istifadə edərək, molekullar bu iki “spin” vəziyyətinin kvant superpozisiyasına salındı.

Məlumatı kodlaşdırdıqdan sonra tədqiqatçılar XXZ və XYZ spin modelləri kimi tanınan kvant qarşılıqlı təsirlərinin spesifik növlərini sazlaya bildiklərini görmək üçün Floquet mühəndislik texnikasından istifadə etdilər. Bu modellər hissəciklərin xas kvant spinlərinin bir-biri ilə qarşılıqlı təsirini təsvir edir ki, bu da maqnit materiallarını və digər çoxbədənli hadisələri başa düşmək üçün əsasdır.

Fiziklər bu modellərdə spinlərin necə təkamül etdiyini göstərmək üçün riyazi şəkildə qurulmuş Bloch sferasından istifadə etsələr də, molekulları qonşuları və ya rəqs tərəfdaşları ilə necə qarşılıqlı əlaqədə olduqlarına əsaslanaraq rəqs modelini dəyişən kimi təsəvvür etmək daha asan ola bilər. Bu molekulyar rəqqaslar partnyorlarını çəkməkdən və ya itələməkdən keçə bilər ki, bu da kvant səviyyəsində spin oriyentasiyasında dəyişikliklərə bərabər ola bilər.

Tədqiqatda, “kvant strobe işığı” və ya Floquet mühəndisliyi, molekullar arasındakı qarşılıqlı təsirlərdəki bu dəyişiklikləri təhrik etdi, tədqiqatçıların təsdiqlədiyinə görə, tətbiq olunan elektrik sahəsindən istifadə edərək qarşılıqlı təsirlərin incə tənzimlənməsi nəticəsində yarananlara bənzər spin dinamikası yaradıb. Bundan əlavə, tədqiqatçılar elektrik sahələrindən istifadə edərək yaradıla bilməyən daha az simmetrik qarşılıqlı əlaqəni həyata keçirmək üçün nəbz ardıcıllığına dəqiq nəzarət etdilər.

(iki oxlu) bükülmənin həyata keçirilməsi

Tədqiqatçılar həmçinin onların texnikasının iki oxlu burulma dinamikası yaratdığını müşahidə etdilər.

İki oxlu burulma kvant spinlərini iki fərqli ox boyunca itələmək və çəkməkdən ibarətdir ki, bu da çox dolaşıq vəziyyətlərə səbəb ola bilər. Bu proses hissetmə və dəqiq ölçmələri inkişaf etdirmək üçün dəyərlidir, çünki spin-sıxılmış vəziyyətlərin səmərəli yaradılmasına imkan verir. Bu vəziyyətlər spin sisteminin bir komponentində kvant qeyri-müəyyənliyini azaldır, digər ortoqonal komponentdə isə onu artırır və spektroskopiya təcrübələrində həssaslığın artmasına səbəb olur.

Miller deyir: “İki oxlu bükülmənin ilkin imzalarını görəndə çox həyəcanlı idik”. Bunu işləyə biləcəyimizə əmin deyildik, amma cəhd etdik və bir gün yarım sonra bir siqnalın olduğu aydın oldu.”

İki oxlu bükülmə konsepsiyası 1990-cı illərin əvvəllərində təklif edildi, lakin onun iki JILA laboratoriyasında həyata keçirilməsi 2024-cü ilə qədər gözləməli oldu. Ye və onun komandası, JILA və NIST Təqaüdçüsü və Kolorado Universitetinin Boulder Fizika professoru Ceyms tərəfindən bu işdən əlavə Tompson və komandası atomlar üzərində işləmək üçün tamamilə fərqli bir yanaşmadan istifadə etdilər – boşluq kvant elektrodinamiği və ya boşluq QED – həm də bu il iki oxlu bükülmə nümayiş etdirdi.

Tədqiqatçılar sistemlərində dolaşıqlığı aşkarlamağa cəhd etməsələr də, gələcəkdə bunu etməyi planlaşdırırlar.

Miller əlavə edir: “Ən məntiqli növbəti addım aşkarlama qabiliyyətimizi təkmilləşdirməkdir ki, biz əslində dolaşıq vəziyyətlərin əmələ gəlməsini yoxlaya bilək”.

Daha çox məlumat: Calder Miller et al, Qütb molekulları ilə Floquet tərəfindən hazırlanmış XYZ spin modellərindən istifadə edərək iki oxlu bükülmə, Təbiət (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07883-2

Jurnal məlumatı: Təbiət 

JILA tərəfindən təmin edilmişdir