Para peneliti telah menemukan cara sederhana namun kuat untuk melindungi atom dari kehilangan informasi - tantangan utama dalam mengembangkan teknologi kuantum yang andal.
Dengan menyinari satu, balok laser yang disetel dengan hati -hati pada gas atom, mereka berhasil menjaga agar spin internal atom tetap disinkronkan, secara dramatis mengurangi laju di mana informasi hilang. Dalam sensor kuantum dan sistem memori, atom sering kehilangan orientasi magnetnya - atau "spin" - ketika mereka bertabrakan satu sama lain atau dinding wadahnya.
Fenomena ini, yang dikenal sebagai relaksasi spin, sangat membatasi kinerja dan stabilitas perangkat tersebut. Metode tradisional untuk menangkal itu membutuhkan operasi di medan magnet yang sangat rendah dan menggunakan pelindung magnet besar.
Metode baru menghindari kendala itu sepenuhnya. Alih -alih secara magnetis melindungi sistem, ia menggunakan cahaya untuk secara halus menggeser tingkat energi atom, menyelaraskan putaran atom dan menjaga mereka tetap sinkron, bahkan saat mereka bergerak dan bertabrakan. Ini menciptakan keadaan putaran yang lebih tangguh yang secara alami dilindungi dari dekoherensi.
Dalam percobaan laboratorium dengan uap cesium hangat, teknik mengurangi pembusukan putaran dengan faktor 10 dan secara signifikan meningkatkan sensitivitas magnetik. Terobosan ini menunjukkan bahwa seberkas cahaya tunggal dapat memperpanjang waktu koherensi putaran atom, membuka pintu untuk sensor kuantum, magnetometer, dan perangkat memori yang lebih kompak, akurat, dan kuat.
Sebuah tim fisikawan dari Departemen Fisika Terapan Universitas Ibrani dan Pusat Nanosains dan Nanoteknologi, bekerja sama dengan Sekolah Fisika Terapan dan Teknik di Universitas Cornell, telah meluncurkan metode baru yang kuat untuk melindungi putaran atom dan navigasi lingkungan.
Studi, "Perlindungan Optik Alkali - atom logam dari spin relaksasi," oleh Avraham Berrebi, Mark Dikopoltsev, Prof. Ori Katz (Universitas Ibrani), dan Prof. atau Katz (Cornell University), telah diterbitkan diSurat Ulasan Fisikdan berpotensi merevolusi bidang yang bergantung pada penginderaan magnetik dan koherensi atom.
Atom dengan elektron tidak berpasangan - seperti yang ada di cesium uap - memiliki sifat "spin," sangat berinteraksi dengan medan magnet dan karenanya dapat digunakan untuk ultra - pengukuran sensitif dari medan magnetik, gravitasi, dan bahkan aktivitas otak. Tapi putaran ini terkenal rapuh.
Bahkan gangguan terkecil dari atom di sekitarnya atau dinding wadah dapat menyebabkan mereka kehilangan orientasi, suatu proses yang dikenal sebagai relaksasi putaran. Sampai sekarang, melindungi putaran ini dari gangguan tersebut membutuhkan pengaturan yang rumit atau hanya bekerja dalam kondisi yang sangat spesifik. Metode baru mengubahnya.
Cahaya laser sebagai perisai
Para peneliti mengembangkan teknik yang menggunakan balok laser tunggal yang disetel dengan tepat untuk menyinkronkan presesi putaran atom dalam medan magnet - bahkan ketika atom -atom terus bertabrakan satu sama lain dan lingkungan mereka.
Bayangkan sebuah skenario di mana ratusan atasan berputar kecil dikurung dalam sebuah kotak. Biasanya, interaksi antara atas ini dapat mengganggu konfigurasi putaran mereka, menyebabkan seluruh sistem jatuh dari sinkronisasi. Efek ini menjadi jauh lebih dominan di medan magnet tinggi, karena bagian atas memproses dan mengubah orientasinya jauh lebih cepat.
Namun, metode tertentu menggunakan cahaya untuk mempertahankan sinkronisasi dalam sistem. Dengan mengatasi perbedaan dalam berbagai konfigurasi putaran, cahaya secara efektif menjaga semua atasan berputar secara harmonis, mencegah gangguan dan memungkinkan perilaku kooperatif di antara entitas pemintalan, bahkan di medan magnet tinggi. Pendekatan ini menyoroti interaksi yang menarik antara dinamika putaran cahaya dan atom.
Para peneliti mencapai perbaikan sembilan - dalam berapa lama atom cesium mempertahankan orientasi putarannya. Hebatnya, perlindungan ini berfungsi bahkan ketika atom memantul dari relaksasi anti -- khusus - yang dilapisi dan mengalami tabrakan internal yang sering.
Real - potensial dunia
Teknik ini dapat secara signifikan meningkatkan perangkat yang bergantung pada putaran atom, termasuk:
Sensor dan magnetometer kuantum yang digunakan dalam pencitraan medis, arkeologi, dan eksplorasi ruang angkasa
Sistem navigasi presisi yang tidak bergantung pada GPS
Platform informasi kuantum di mana stabilitas putaran adalah kunci untuk menyimpan dan memproses informasi
Karena metode ini bekerja di lingkungan "hangat" dan tidak memerlukan pendinginan ekstrem atau penyetelan lapangan yang rumit, itu bisa lebih praktis untuk aplikasi dunia asli - daripada pendekatan yang ada.
"Pendekatan ini membuka bab baru dalam melindungi sistem kuantum dari kebisingan," kata para peneliti. "Dengan memanfaatkan gerakan alami atom dan menggunakan cahaya sebagai penstabil, kita sekarang dapat mempertahankan koherensi di berbagai kondisi yang lebih luas daripada sebelumnya."
Penelitian ini dibangun berdasarkan beberapa dekade kerja dalam fisika atom, tetapi solusi sederhana dan elegan ini - menggunakan cahaya untuk mengoordinasikan atom - adalah lompatan ke depan. Ini dapat membuka jalan bagi teknologi kuantum yang lebih kuat, akurat, dan dapat diakses dalam waktu dekat.
