Cercetătorii au descoperit un mod simplu, dar puternic de a proteja atomii de a pierde informațiile - o provocare cheie în dezvoltarea tehnologiilor cuantice fiabile.
Glisând un singur fascicul laser cu atenție, reglat cu atenție, pe un gaz de atomi, au reușit să mențină rotirile interne ale atomilor sincronizați, reducând dramatic rata cu care se pierd informațiile. În senzorii cuantici și sistemele de memorie, atomii își pierd adesea orientarea magnetică - sau „spin” - când se ciocnesc între ei sau cu pereții containerului lor.
Acest fenomen, cunoscut sub numele de relaxare spin, limitează grav performanța și stabilitatea unor astfel de dispozitive. Metodele tradiționale pentru a -l contracara au necesitat funcționarea în câmpuri magnetice extrem de scăzute și utilizarea protejării magnetice voluminoase.
Noua metodă prezintă aceste constrângeri în întregime. În loc să protejeze magnetic sistemul, folosește lumina pentru a schimba subtil nivelurile de energie atomică, alinierea rotirilor atomilor și menținerea lor în sincronizare, chiar dacă se mișcă și se ciocnesc. Acest lucru creează o stare de rotire mai rezistentă, care este protejată în mod natural de deconere.
În experimentele de laborator cu vapori de cesiu cald, tehnica a redus descompunerea de spin cu un factor de 10 și a îmbunătățit semnificativ sensibilitatea magnetică. Această descoperire demonstrează că un singur fascicul de lumină poate prelungi timpul de coerență al rotirilor atomice, deschizând ușa către senzori cuantici, magnetometre și dispozitive de memorie mai compacte, precise și robuste.
O echipă de fizicieni de la Departamentul de Fizică Aplicată și Centrul pentru Nanoștiință și Nanotehnologie al Universității Evrewe, în colaborare cu Școala de Fizică Aplicată și Inginerie de la Universitatea Cornell, a dezvăluit o nouă metodă puternică pentru a proteja rotirile atomice de la „Zgomot” {{0} un pas major către îmbunătățirea de prestație și de durabilitate a tehnologiei precum Sensors și a sistemelor de navigație.
Studiul, „Protecția optică a alcalinei - atomi metalici de la relaxare spin”, de Avraham Berrebi, Mark Dikopoltsev, prof. Ori Katz (Universitatea ebraică) și Prof. sau Katz (Universitatea Cornell), a fost publicată înScrisori de recenzie fizicăși poate revoluționa câmpurile care depind de detectarea magnetică și de coerența atomică.
Atomii cu electroni nepereche -, cum ar fi cei din vapori de cesium - au o proprietate de „spin”, interacționează puternic cu câmpurile magnetice și, prin urmare, pot fi utilizate pentru ultra - măsurători sensibile ale câmpurilor magnetice, gravitației și chiar activitatea creierului. Dar aceste rotiri sunt notoriu fragile.
Chiar și cea mai mică perturbare a atomilor înconjurători sau a pereților containerului îi poate determina să -și piardă orientarea, un proces cunoscut sub numele de relaxare spin. Până acum, protejarea acestor rotiri de o astfel de interferență a necesitat configurații complicate sau a funcționat numai în condiții foarte specifice. Noua metodă schimbă că.
Lumina cu laser ca un scut
Cercetătorii au dezvoltat o tehnică care folosește un singur fascicul laser precis reglat pentru a sincroniza precesiunea rotirilor atomice în câmpul magnetic -, chiar dacă atomii se ciocnesc constant unul cu celălalt și împrejurimile lor.
Imaginează -ți un scenariu în care sute de blaturi minuscule de învârtire sunt limitate într -o cutie. De obicei, interacțiunile dintre aceste topuri pot perturba configurațiile de rotire, ceea ce face ca întregul sistem să se încadreze din sincronizare. Acest efect devine mult mai dominant în câmpurile magnetice ridicate, pe măsură ce topurile se procesează și își schimbă orientarea mult mai rapid.
Cu toate acestea, o metodă specifică utilizează lumină pentru a menține sincronizarea în sistem. Prin abordarea diferențelor dintre diferitele configurații de spin, lumina menține în mod eficient toate vârfurile învârtite în armonie, prevenind tulburarea și permițând comportamentul de cooperare între entitățile de filare, chiar și la câmpuri magnetice ridicate. Această abordare evidențiază interacțiunea fascinantă dintre dinamica luminii și a atomice a spinului.
Cercetătorii au obținut o îmbunătățire de nouă - a cât timp atomii de cesiu și -au menținut orientarea spinului. În mod remarcabil, această protecție funcționează chiar și atunci când atomii se opresc de relaxare specială anti - - pereți celulari acoperiți și se confruntă cu coliziuni interne frecvente.
Real - potențial mondial
Această tehnică ar putea îmbunătăți semnificativ dispozitivele care se bazează pe rotiri atomice, inclusiv:
Senzori cuantici și magnetometre folosiți în imagini medicale, arheologie și explorare spațială
Sisteme de navigație de precizie care nu se bazează pe GPS
Platforme de informații cuantice în cazul în care stabilitatea spinului este esențială pentru stocarea și procesarea informațiilor
Deoarece metoda funcționează în medii „calde” și nu necesită o răcire extremă sau o reglare complicată a câmpurilor, ar putea fi mai practică pentru aplicațiile mondiale -} decât pentru abordările existente.
„Această abordare deschide un nou capitol în protejarea sistemelor cuantice împotriva zgomotului”, au spus cercetătorii. „Sărbătorind mișcarea naturală a atomilor și folosind lumina ca stabilizator, acum putem păstra coerența într -o gamă mai largă de condiții ca niciodată”.
Cercetarea se bazează pe zeci de ani de lucru în fizica atomică, dar această soluție simplă, elegantă -, folosind lumină pentru a coordona atomii - este un salt înainte. Poate deschide calea pentru tehnologii cuantice mai robuste, exacte și accesibile în viitorul apropiat.
