AZ 
Yeni bir dolaşıqlıq kvant sensorlarına səs-küyü tənzimləməyə kömək edir
Kirsten Apodaca, Kolorado Universitetinin Boulder Fizika Bölümü tərəfindən
Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib
Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin
Optik boşluq vasitəsilə foton mübadiləsi iki atom ansamblını birləşdirir və ortaq bir dolaşıq vəziyyət yaradır. Bu dolaşıqlıq, diferensial siqnallara yüksək həssaslıqla yanaşı, ümumi səs-küyə qarşı həssas olmamaq üçün hazırlanmışdır. Müəllif: Rafael Kaubruegger
Dünyanın ən dəqiq kvant sensorlarını yaratmaq üçün alimlər daim öz performanslarını təkmilləşdirirlər və onları daha dəqiq, daha sabit və daha etibarlı edirlər. Lakin nəticədə fiziki məhdudiyyətlər daha da təkmilləşdirmələrin qarşısını alacaq.
“Kvant sensoruna daha çox atom yerləşdirə bilməzsiniz, çünki müəyyən bir anda onlar toqquşmağa və bir-birini narahat etməyə başlayır və bu da sensorun işinə təsir göstərir”, – deyə JILA və NIST-in əməkdaşı və Kolorado Boulder Universitetinin fizika üzrə professoru Ana Maria Rey bildirir.
Dünyadakı ən dəqiq sensorlar belə tam təcrid olunmayıb, səs-küyə — titrəmələr, elektromaqnit sahələri və ya temperatur dəyişiklikləri kimi ətraf mühitdən gələn incə pozuntulara məruz qalırlar.
Beləliklə, Rey, JILA üzvü Ceyms K. Tompson və Niels Bor İnstitutu, Birgə Kvant İnstitutu və Hindistan Texnologiya İnstitutu Madrasdan olan həmkarları ilə birlikdə soruşdular: Bu məhdudiyyətlərə baxmayaraq, növbəti nəsil sensorları necə təkmilləşdirə bilərik?
Ümidverici ideyalardan biri atomların bir-birinə bağlı olması və bir sistem kimi birlikdə işləməsi üçün kvant dolaşıqlığından istifadə etməkdir. Atomlar dolaşıq olduqda, məsafə ilə ayrılsalar belə, xüsusiyyətləri paylaşırlar. Prinsipcə, bu, daha dəqiq ölçmələr aparmağa imkan verir. Lakin dolaşıq atomlar hələ də səs-küyə məruz qalır.
JILA-nın tədqiqatçısı Rafael Kaubruegger deyir: “Dolaşıq vəziyyətlər tək bir parametri qiymətləndirmək üçün yaxşı başa düşülür, lakin məqsədimiz sensor şəbəkəsinin iki qovşağı arasındakı parametr fərqinə yüksək həssaslıqla yanaşan bir dolaşıq vəziyyət yaratmaq idi”.
Tədqiqatçılar hər iki sensora təsir edən səs-küyü süzgəcdən keçirə bilən yeni bir dolaşıq vəziyyət sinfi müəyyən etməyə başladılar. Daha sonra onlar bu vəziyyətləri optik boşluq daxilində yaratmaq üçün iki yol hazırladılar: fotonları irəli-geri sıçradan bir düym (2,5 santimetr) aralıda yerləşən bir cüt güzgü. Onlar bu vəziyyəti və onu yaratmaq üçün iki üsulu bu yaxınlarda Physical Review X jurnalında dərc olunmuş bir məqalədə təsvir edirlər .
Lieb-Mattis dövləti
Müəyyən etdikləri dolaşıq vəziyyət, hər iki sensora təsir edən sakit səs-küyə qədər müəyyən növ pozuntulardan qorunan dekoherenssiz alt fəzalardan istifadə edir . Lazerlər bir atomun iki daxili vəziyyəti arasında əlaqəli superpozisiya yaratmaq üçün istifadə olunur, lakin buna nail olmaq üçün lazerin tezliyi atom keçidinə tam uyğun olmalıdır.
Reyin izah etdiyi kimi, çətinlik ondadır ki, hətta ən dəqiq lazerlər belə sabit bir tezlik saxlaya bilmir. Bu lazer tezliyi qeyri-sabitlikləri hər iki sensor tərəfindən eyni dərəcədə hiss edilən və hazırda ən müasir saatlarda ən zərərli səhvlərdən biri olan səs-küy yaradır.
Rey deyir: “İdeal olaraq, atomları bu tip səs-küyə qarşı həssas olmayan bir vəziyyətdə hazırlamaq lazımdır. Yaratdığımız vəziyyət bu atomlar arasında dolaşıqlıqdır, lakin hansı atomun hansı ansamblda olduğunu ayırd edə bilməyəcəyiniz şəkildə. Onlar tam simmetriya olunublar.”
JILA və NIST-in əməkdaşı və fizika üzrə professor köməkçisi Ceyms Tompson deyir: “Faktdan sonra başa düşdük ki, bu, insanların antiferromaqnitləri və ya kvant maqnitlərini təsvir etmək üçün düşündükləri vəziyyətlə eynidir”.
Kondensasiya olunmuş maddə fizikasında Lieb-Mattis vəziyyəti antiferromaqnitin kvant versiyasını təsvir edir, burada iki atom qrupu əks istiqamətdə işarə etmiş kimi hərəkət edir, lakin sistem fəzada sabit bir istiqamət seçmir.
Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .
Vahid və ardıcıl yanaşma
Komandanın istənilən vəziyyəti hazırlamaq üçün hazırladığı metodlardan biri, atomların optik boşluqdan fotonları irəli və geri göndərməsi ilə “spin mübadiləsi” mühəndisliyi yolu ilə sensor şəbəkəsinin iki qovşağını dolaşdırmaqdır. Bu, bir qovşaqdakı hər bir atomun digərindəki atomla mükəmməl şəkildə antikorrelyasiya olunduğu bir vəziyyətə gətirib çıxarır. Əgər bir atom “yuxarıdadırsa”, digər atom “aşağıdadır”.
Tompson bu yanaşmanı beysbola bənzədir, burada hər ansambl beysbol komandasıdır. Komandalar bir-birinə toplar, yaxud bu halda fotonlar atırlar. Hər dəfə top atıldıqda, digər komanda onu tutur. Tompson əlavə edir ki, hansı oyunçunun topu atdığını və ya kimin tutduğunu bilməməyimiz vacibdir.
“Bu əlaqələri quran da budur”, deyə Tompson bildirir. “Əgər top atılırsa, mütləq tutulur.”
Bu yanaşma , bütün atomların bir kvant obyekti kimi çıxış etdiyi Heisenberg miqyaslandırmasını və ya mümkün olan ən yaxşı dəqiq miqyaslandırmanı təmin edir.
Fotonun itirilməsi o qədər də pis deyil
Optik boşluqlar mükəmməl deyil. Reyin izah etdiyi kimi, bəzən bir foton itirə bilərsiniz. Komandanın ikinci yanaşması bunu nəzərə alır.
Optik boşluğun içərisində fotonlar təsadüfən digər tərəfə keçməzdən əvvəl çox əks etdirən güzgülər arasında təxminən 100.000 dəfə geri və geri sıçraya bilirlər.
Rey deyir: “Biz fotonları itiririk, amma əsas məsələ fotonların kollektiv şəkildə itirilməsidir”.
Hansı atomun günahkar olduğunu müəyyən etmək mümkün olmadığı üçün bu, dolaşıqlıq yarada bilər – onları daha çox foton itirə bilməyəcəkləri bir vəziyyətə gətirə bilər.
“Bir anda onlar artıq topu buraxmamaqda həqiqətən yaxşı olurlar”, Tompson deyir.
Rey əlavə edir ki, “Onlar ‘qaranlıq vəziyyətə’, yəni yayılan fotonların fazalarının tamamilə yox olduğu bir vəziyyətə keçirlər və bu da dağıdıcı müdaxilə adlanan bir vəziyyətə gətirib çıxarır”.
Komanda üçün sürpriz olan o idi ki, əvvəlcə onlar bu fotonları itirməyin zərərli təsirini anlamağa çalışırdılar. Lakin Reyin izah etdiyi kimi, nəticədə bu cür dağılma onları istədikləri vəziyyətə gətirib çıxardı.
Kaubruegger əlavə edir ki, “Əvvəlcə hazırlamaq istədiyimiz vəziyyət atomların yarısının həyəcanlandığı, lakin sistemin kollektiv olaraq foton buraxa bilmədiyi vəziyyət idi”.
Real dünya tətbiqləri üçün nəzəriyyə ilə təcrübənin əlaqələndirilməsi
Komandanın təklif etdiyi vəziyyətlər tez bir zamanda, daha da əhəmiyyətlisi, sistem böyüdükcə daha sürətli yaradıla bilər ki, bu da onları kvant sensorlarının miqyaslandırılması üçün praktik hala gətirir.
“İnsanlar yalnız iki atomun olduğu bu cür vəziyyət haqqında düşünürdülər ki, bu da əladır, amma daha çox atom istifadə etmək istəyərsiniz”, deyə Tompson bildirir. “Məlum olur ki, nə qədər çox atomunuz varsa, bir o qədər yaxşıdır.”
Kvant sensorlarını daha dəqiq etməklə, bu dolaşıq vəziyyətlər bir gün GPS mövcud olmadıqda naviqasiyaya istiqamət verə və ya minerallar, neft və ya qaz kimi gizli yeraltı sərvətləri aşkar edə bilər.
Nəzəriyyəçilər və eksperimentalistlər arasında sıx əməkdaşlıq bu işin açarı olmuşdur. Qruplar bir-birini ruhlandırır və bir-birini nəzarətdə saxlayır. Kaubruegger deyir ki, onlar bir-biri ilə çox sıx əməkdaşlıq etdikləri üçün eksperimentalistlərin üzləşdiyi çətinlikləri daha dərindən başa düşürlər.
İndi, belə demək olarsa, top Tompsonun qrupunun əlindədir: vəziyyəti təcrübədə nümayiş etdirmək.
Nəşr detalları
Raphael Kaubruegger və digərləri, Lieb-Mattis States for Robust Dolaşıq Diferensial Faza Sensing, Physical Review X (2026). DOI: 10.1103/ksyh-mb4s
Jurnal məlumatı: Fiziki İcmal X
Əsas anlayışlar
Soyuq atomlar və maddə dalğalarıOptika və lazerlərKvant korrelyasiyaları, təməlləri və formalizmAtom sistemləriKvant çoxcisimli sistemlər
Kolorado Universitetinin Boulder Fizika Bölümü tərəfindən təmin edilir Bu hekayənin arxasında kim dayanır?
Stefani Baum
The New School-dan TESOL üzrə magistr dərəcəsi. Dil öyrənməyə və biologiya və kosmik tədqiqatlarla bağlı elmi xəbərləri redaktə etməyə həvəslidir. Tam profil →
Robert Egan
Riyazi biologiya üzrə bakalavr, yaradıcı yazı üzrə magistr dərəcəsi. Elm və dilə dair unikal perspektivləri olan səyahətlər. Tam profil →
