Çoğu insan için kuantum mekaniği oldukça tuhaf görünüyor. Bir kuantum parçacığının bir anlamda birden fazla konumda aynı anda var olabileceğini belirten yerelleşme ilkesini ele alalım. Sonra dolanıklık var: Parçacıklar arasındaki görünmez bağlantı, bir parçacığın durumunun, çok uzak mesafelerde bile diğer parçacığın durumunu belirlemesine olanak tanıyor. Ancak yer değiştirme ve dolaşma ne kadar tuhaf olsa da çok faydalı olabilirler ve Boulder, Colorado, ABD'deki JILA'daki fizikçiler şimdi her ikisini de ilk kez tek bir kuantum sensörüne dahil etti. Yeni sensör, kuantum dalgalanmalarından kaynaklanan gürültünün belirlediği olağan sınırın altındaki ivmeleri tespit edebiliyor ve temel fiziğin yanı sıra navigasyon ve Dünya izleme gibi uygulamalar için daha keskin bir araç sağlıyor.

JILA ekibinin deney düzeneği, sıradan bir interferometrenin ışık ışınlarını engellemesi gibi, devasa kuantum parçacıklarına müdahale eden bir madde-dalga interferometresi kullanıyor. Işık bazlı interferometreler çok hassas olabilse de (yerçekimi dalgalarını tespit etmek için kullanılırlar), madde-dalga eşdeğerleri prensipte daha küçük ivmeleri bile tespit edebilir çünkü büyük parçacıkların kuantum dalga boyu çok daha kısadır. Dolayısıyla bu sensörler, karanlık madde ve karanlık enerji gibi şu anda doğrudan tespit edilemeyen ancak yine de varlıklarını kütleçekimsel etkiler yoluyla bildiren olguları araştırmak için bir yol sunuyor.

gürültüyü kıs

Deneyde atomlar ilk olarak, aralarında ışık bulunan karşılıklı aynalardan oluşan bir optik boşluk içerisine yerleştiriliyor. Bu aynaların arasından süzülen ışık atomlarla etkileşime girerek 1000'e yakın atomun birbirine dolanmasına neden olur.

Kuantum sensörlerinin maksimum hassasiyeti genellikle, her ölçüldüğünde bireysel atomların kuantum durumlarının rastgele çöküşüyle ​​üretilen gürültüyle sınırlıdır. Önceki deneyler, deneyi birçok atomla paralel olarak birçok kez yürüterek ve ardından her bir atomun kuantum gürültüsünün ortalamasını alarak bu kuantum gürültüsünü azaltmaya çalışıyordu.

Ancak JILA ekibinin deneyinde araştırmacılar, atomların aslında birbirleriyle komplo kurarak birbirlerinin kuantum gürültüsünü iptal ettiği iki alternatifi test etti. İlk yaklaşım, araştırmacıların atomlarla ilişkili kuantum gürültüsünün bir ön ölçümünü yaptığı ve daha sonra bu kuantum gürültüsünü son ölçümden çıkardığı kuantum yıkımsız ölçümleri içeriyordu. İkinci yöntemde, araştırmacılar, tek eksenli bükülme olarak bilinen atomik bir süreci tetikleyen boşluğa ışık gönderdiler; bu, farklı hareket durumlarındaki (veya momentum durumlarındaki) dolaşık atomların, atomların hareket etmesi durumunda olacağından daha düşük bir belirsizliğe sahip olmasına neden olur. karışık değil.

Ortaya çıkan kuantum durumları, sıkıştırılmış dönüş durumları olarak adlandırılır çünkü bunlar, etkili bir dönüş sistemi oluşturmak için esasen birbirine "sıkıştırılan" iki seviyedeki momentum durumlarından oluşur. JILA ekibinin deneyinde, bu sıkıştırılmış dönüş durumları, ivmelenmeler nedeniyle momentum durumları arasında oluşan herhangi bir kuantum fazının daha yüksek bir hassasiyetle ölçülmesine olanak tanıyor. Her iki yaklaşımda da, atomlar arasındaki dolaşıklık nedeniyle, kuantum gürültüsü atomlar arasında korelasyonlu hale gelir, öyle ki bir atomun kuantum gürültüsü diğerinin kuantum gürültüsü tarafından iptal edilir, bu da kuantum sensörünü "daha sessiz" ve dolayısıyla daha hassas hale getirir.

Her yerde

Deneyin ikinci adımında araştırmacılar yerelleşmeyi başlattı. Lazerler atomların dalga paketlerini ayırarak onları farklı momentum durumlarının süperpozisyonuna getirir; Dalga paketlerinin iki parçası birbirlerinden uzaklaştıkça, her atom aslında aynı anda iki konumda bulunur. Bu süperpozisyonun başka bir lazerle iptal edilmesiyle, atomların dalga paketleri birbirine müdahale eder ve konumları üzerindeki herhangi bir etki (örneğin yerçekiminin etkisine bağlı olarak) ultra yüksek hassasiyetle tespit edilebilir. Bu girişim deneyini dolaşma yaklaşımlarıyla birleştirmek, araştırmacıların tek tek atomların kuantum gürültüsü tarafından belirlenen standart kuantum sınırından daha küçük ivmeleri tespit etmelerini mümkün kıldı.

James K ThompsonEkibin araştırmasını doktora öğrencileri Chengyi Luo ve Graham Greve ile birlikte yöneten Dr., kuantum algılama için sıkıştırılmış durumların kullanılmasına genellikle tek parçacık fiziğinin ötesine geçen kuantum algılamanın bir versiyonu olan "kuantum 2.0" adı verildiğini söylüyor. Kuantum algılama ve kuantum simülasyonundaki ilerlemeler arasında ortaya çıkan "harika bir sinerji" olduğundan bahsediyor ve bunu iki şekilde kullanmakla ilgileniyor: kuantum simülasyonunu gerçekleştirmek için kuantum durumlarının momentum-durum kodlamasını kullanarak ve araçları uygulayarak. Kuantum çoklu cisim sisteminin evrimini ölçmek için kuantum algılama teknolojisi. "Öğrendiklerimiz daha sonra kuantum sensörlerini daha da geliştirmek için kullanılabilir" diyor.

Sıkışmış iyon kristali ultra hassas bir kuantum sensörü yapar

Timothy KovachyAraştırmada yer almayan ABD'deki Northwestern Üniversitesi'nden fizikçi, standart kuantum sınırının kuantum sensörlerinin hassasiyeti üzerinde önemli bir kısıtlama olabileceğini söylüyor. Bu nedenle sonucu kuantum algılama için ileriye doğru atılmış büyük bir adım olarak tanımlıyor. Standart kuantum sınırını aşmak için spin sıkıştırmanın dahil edilmesinin, bu interferometrelerin tam potansiyellerine ulaşması için gerekli olduğunu ve kavite içi atom interferometrisi ile birlikte boşluk bazlı sıkıştırmayı gerçekleştirmenin önemli bir başarı olduğunu söylüyor. Boşlukların aynı zamanda gelişmiş uzaysal mod kalitesi ve güç birikimi gibi atom interferometrisi için değerli özellikler sağlayabileceğini de ekliyor.

Araştırma, Tabiat.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/double-dose-of-quantum-weirdness-pushes-sensors-past-the-limit/