Pag-abli sa bag-ong mga posibilidad alang sa mga sensor sa quantum, atomic nga mga orasan ug mga pagsulay sa pundamental nga pisika, ang mga tigdukiduki sa JILA nakamugna ug bag-ong mga paagi sa “pagsapot” o pag-interlink sa mga kabtangan sa daghang mga partikulo. Sa proseso, naghimo sila og mga paagi sa pagsukod sa dagkong mga grupo sa mga atomo nga mas tukma bisan sa makabalda, saba nga mga palibot.
Ang mas taas nga katukma nga atomic nga mga orasan, sama sa "tweezer clock" nga gihulagway dinhi, mahimong moresulta gikan sa pagsumpay o "pagsapot" sa mga atomo sa usa ka bag-ong paagi pinaagi sa usa ka pamaagi nga nailhan nga "spin squeezing," diin ang usa ka kabtangan sa usa ka atomo gisukod nga mas tukma kaysa sa kasagaran gitugotan sa quantum mechanics pinaagi sa pagkunhod sa katukma diin ang usa ka komplementaryong kabtangan gisukod. Kredito sa hulagway: S. Burrows/JILA
Ang bag-ong mga teknik gihulagway sa usa ka parisan sa mga papel nga gipatik sa Kinaiyahan. Ang JILA usa ka hiniusang institute sa National Institute of Standards and Technology (NIST) ug sa University of Colorado Boulder.
"Ang entanglement mao ang balaang grail sa siyensya sa pagsukod," ingon si Ana Maria Rey, usa ka teoretikal nga pisiko ug usa ka JILA ug NIST Fellow.
"Ang mga atomo mao ang labing kaayo nga sensor sukad. Universal sila. Ang problema mao nga sila mga quantum nga mga butang, mao nga sila saba kaayo. Kung gisukod nimo sila, usahay naa sila sa usa ka kahimtang sa enerhiya, usahay naa sila sa lain nga estado. Kung imong gisakup sila, mahimo nimong kanselahon ang kasaba. ”
Kung ang mga atomo nalambigit, ang mahitabo sa usa ka atomo makaapekto sa tanan nga mga atomo nga nalambigit niini. Ang pagbaton ug dosena - mas maayo pa, gatosan - sa mga atomo nga nagtinabangay nga nagtinabangay makapamenos sa kasaba, ug ang signal gikan sa pagsukod mahimong mas klaro, mas sigurado. Ang natanggong nga mga atomo nagpamenos usab sa gidaghanon sa mga higayon nga gikinahanglan sa mga siyentista sa pagpadagan sa ilang mga pagsukod, nga makakuhag mga resulta sa dili kaayo panahon.
Spintronics - artistic nga konsepto. Kredito sa hulagway: Creativity103 pinaagi sa Flickr, CC BY 2.0
Ang usa ka paagi sa pagkupot mao ang proseso nga gitawag ug spin squeezing. Sama sa tanan nga mga butang nga nagsunod sa mga lagda sa quantum physics, ang mga atomo mahimong maglungtad sa daghang mga estado sa enerhiya sa usa ka higayon, usa ka abilidad nga nailhan nga superposition. Ang spin squeezing makapamenos sa tanang posibleng superposition states sa usa ka atom ngadto sa pipila lang ka posibilidad. Kini sama sa pagpislit og balloon.
Sa diha nga imong pisliton ang balloon, ang tunga-tunga mogamay ug ang kaatbang nga mga tumoy mahimong mas dako. Sa diha nga ang mga atomo gipislit, ang lain-laing mga posible nga estado nga sila mahimo nga makitid sa pipila ka mga direksyon ug molapad sa uban.
Apan mas lisud ang pagsal-ot sa mga atomo nga mas layo sa usag usa. Ang mga atomo adunay mas lig-on nga interaksyon sa mga atomo nga labing duol kanila; kon mas layo ang mga atomo, mas huyang ang ilang interaksyon.
Quantum physics, dagat sa mga excitons - artistikong paghubad. Kredito sa imahe: Sigmund pinaagi sa Unsplash, libre nga lisensya
Hunahunaa kini sama sa mga tawo nga nag-istoryahanay sa usa ka daghang tawo. Ang mga tawo nga labing suod sa usag usa mahimong mag-istoryahanay, apan kadtong tabok sa kwarto halos dili makadungog kanila, ug ang kasayuran mawala sa linya. Gusto sa mga siyentista nga ang tibuok partido sa mga atomo mag-estorya sa usag usa sa samang higayon. Ang mga physicist sa tibuok kalibutan nagtan-aw sa lain-laing mga paagi aron makab-ot kana nga pagkalambigit.
"Usa ka mayor nga tumong sa komunidad mao ang paghimo sa mga nalambigit nga estado aron makakuha og mas taas nga katukma nga mga pagsukod sa mas mubo nga panahon," miingon si Adam Kaufman, usa ka pisiko ug JILA Fellow.
Si Kaufman ug Rey nagtinabangay sa mga sugyot aron makab-ot kana nga pagkalambigit, usa niini Nagpasundayag si Rey ug ang iyang mga kauban sa Unibersidad sa Innsbruck sa Austria.
Niini nga eksperimento, ang grupo naglinya sa 51 ka calcium ions sa usa ka lit-ag ug migamit ug mga laser aron maaghat ang mga interaksyon tali kanila. Kini tungod kay ang laser nagpukaw sa mga phonon, mga vibrations nga sama sa mga sound wave taliwala sa mga atomo.
Kadtong mga phonon mikaylap sa linya sa mga atomo, nga nagsumpay niini. Sa una nga mga eksperimento, kini nga mga link gi-engineered aron mahimong static, mao nga ang usa ka ion mahimo ra nga makigsulti sa usa ka piho nga hugpong sa mga ion kung madan-agan sa mga laser.
Quantum states, quantum physics – artistic interpretation. Kredito sa imahe: Ben Wicks pinaagi sa Unsplash, libre nga lisensya
Pinaagi sa pagdugang sa gawas nga mga magnetic field, posible nga mahimo ang mga link nga dinamiko, pagtubo ug pagbag-o sa paglabay sa panahon. Nagpasabot kana nga ang usa ka ion nga makapakigsulti lamang sa usa ka grupo sa mga ion sa sinugdan makapakigsulti sa laing grupo, ug sa kadugayan, kini makahimo sa pagpakigsulti sa tanang ubang mga ion sa laray.
Nabuntog niini ang problema sa gilay-on, ingon ni Rey, ug lig-on ang mga interaksyon hangtod sa linya sa mga atomo. Karon ang tanan nga mga atomo nagtinabangay, ug silang tanan makasulti sa usag usa nga dili mawala ang mensahe sa dalan.
Sulod sa mubo nga panahon, ang mga ion nalambigit, nahimong usa ka spin-squeezed state, apan sa gamay pa nga panahon, sila nausab ngadto sa gitawag nga cat state. Ginganlan kini nga estado alang sa bantog nga eksperimento sa panghunahuna ni Erwin Schrodinger bahin sa superposisyon, diin iyang gisugyot nga a iring nga natanggong sa usa ka kahon buhi ug patay hangtod maablihan ang kahon ug maobserbahan ang kahimtang niini.
Para sa mga atomo, ang estado sa iring maoy usa ka espesyal nga matang sa superposisyon diin ang mga atomo anaa sa duha ka diametrically opposed states, sama sa pataas ug paubos, sa samang higayon. Ang mga estado sa iring hilabihan nga nalambigit, gipunting ni Rey, nga naghimo kanila nga labi ka maayo alang sa syensya sa pagsukod.
Ang sunod nga lakang mao ang pagsulay niini nga teknik sa usa ka duha-ka-dimensional nga han-ay sa mga atomo, pagpataas sa gidaghanon sa mga atomo aron mapalambo kung unsa kadugay sila makapabilin niining mga nalambigit nga estado. Dugang pa, mahimo’g tugutan niini ang mga siyentista sa paghimo sa mga pagsukod nga mas tukma ug labi ka dali.
Ang spin-squeezing entanglement mahimo usab nga makabenepisyo sa mga optical atomic nga orasan, nga usa ka importante nga himan sa syensya sa pagsukod. Si Kaufman ug ang iyang grupo sa JILA, kauban ang mga kauban sa NIST/JILA nga grupo ni Jun Ye, nagsulay sa usa ka lahi nga pamaagi sa laing pagtuon niini nga isyu sa Kinaiyahan.
Gikarga sa mga tigdukiduki ang 140 ka atomo sa strontium ngadto sa usa ka optical lattice, usa ka eroplano sa kahayag nga magkupot sa mga atomo. Gigamit nila ang maayong pagkakontrolar nga mga silaw sa kahayag, nga gitawag ug optical tweezers, aron ibutang ang mga atomo ngadto sa gagmayng mga subgroup nga 16 ngadto sa 70 ka atomo matag usa.
Uban sa usa ka high-power nga ultraviolet laser, ilang gipukaw ang mga atomo sa usa ka superposisyon sa ilang naandan nga "orasan" nga estado ug usa ka mas taas nga kusog nga estado sa Rydberg. Kini nga teknik gitawag nga Rydberg dressing.
Ang mga atomo sa estado sa orasan sama sa hilum nga mga tawo sa daghang tawo; dili sila kusog nga makig-uban sa uban. Apan alang sa mga atomo sa estado sa Rydberg, ang pinakagawas nga electron layo kaayo gikan sa sentro sa atomo nga ang atomo epektibo kaayo sa gidak-on, nga makapaarang niini sa pagpakig-uban nga mas kusgan sa ubang mga atomo.
Karon ang tibuok party nagsulti. Uban niini nga spin-squeezing nga teknik, makahimo sila og pagkalambigit sa tibuok nga han-ay sa 70 ka mga atomo.
Gitandi sa mga tigdukiduki ang frequency measurements tali sa 70-atom nga mga grupo ug nakit-an nga kini nga entanglement nagpauswag sa katukma ubos sa limitasyon alang sa dili mabutang nga mga partikulo, nga nailhan nga standard quantum limit.
Ang mas paspas, mas tukma nga mga sukod magtugot niini nga mga orasan nga mahimong mas maayo nga mga sensor sa pagpangita sa ngitngit nga butang ug makahimo og mas maayo nga mga pagsukod sa oras ug frequency.
Mga papel:
Johannes Franke, Sean R. Muleady, Raphael Kaubruegger, Florian Kranzl, Rainer Blatt, Ana Maria Rey, Manoj K. Joshi ug Christian F. Roos. Quantum-enhanced sensing sa optical transition pinaagi sa finite-range nga mga interaksyon. Kinaiyahan. Ago. 30, 2023. DOI: 10.1038 / s41586-023-06472-z
William J. Eckner, Nelson Darkwah Oppong, Alec Cao, Aaron W. Young, William R. Milner, John M. Robinson, Jun Ye ug Adam M. Kaufman. Nakaamgo sa spin squeezing sa Rydberg interactions sa usa ka optical clock. Kinaiyahan. Ago. 30, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06360-6
Source: NIST
