Araştırmacılar, atomları bilgiyi kaybetmekten korumak için basit ama güçlü bir yol keşfettiler.
Tek, dikkatlice ayarlanmış bir lazer ışını bir atom gazı üzerinde parlayarak, atomların iç dönüşlerini senkronize etmeyi başardılar ve bilginin kaybolma oranını önemli ölçüde azalttılar. Kuantum sensörlerinde ve bellek sistemlerinde, atomlar genellikle birbirleriyle veya kaplarının duvarlarıyla çarpıştıklarında manyetik yönlerini - veya "spin" - kaybeder.
Spin gevşemesi olarak bilinen bu fenomen, bu tür cihazların performansını ve stabilitesini ciddi şekilde sınırlar. Karşı sağlamak için geleneksel yöntemler, son derece düşük manyetik alanlarda çalışmayı ve hacimli manyetik korumayı kullanmayı gerektirmiştir.
Yeni yöntem bu kısıtlamaları tamamen ortadan kaldırıyor. Sistemi manyetik olarak korumak yerine, atom enerji seviyelerini ustaca kaydırmak, atomların spinlerini hizalamak ve hareket ettiklerinde ve çarpışırken senkronizde tutmak için ışık kullanır. Bu, doğal olarak decoheranstan korunan daha esnek bir spin durumu yaratır.
Sıcak sezyum buharı ile laboratuvar deneylerinde, teknik spin bozulmasını 10 faktör azalttı ve manyetik duyarlılığı önemli ölçüde geliştirdi. Bu atılım, tek bir ışık demetinin atomik dönüşlerin tutarlılık süresini uzatabileceğini ve daha kompakt, doğru ve sağlam kuantum sensörlerine, manyetometrelere ve bellek cihazlarına kapıyı açabileceğini gösterir.
İbrani Üniversitesi Uygulamalı Fizik ve Nanoteknoloji Merkezi'nden bir fizikçi ekibi, Cornell Üniversitesi Uygulamalı ve Mühendislik Fiziği Okulu ile işbirliği içinde, çevresel "gürültü" ü atomik spinleri - 'dan korumak için güçlü bir yeni yöntem ortaya koymuştur.
Avraham Berrebi, Mark Dikopoltsev, Prof. Ori Katz (İbrani Üniversitesi) ve Prof. veya Katz (Cornell Üniversitesi) tarafından yayınlanmıştır.Fiziksel İnceleme Mektuplarıve potansiyel olarak manyetik algılama ve atomik tutarlılığa bağlı alanlarda devrim yaratabilir.
Sezyum buharında - gibi eşleştirilmemiş elektronlar - olan atomlar, "spin" özelliğine sahiptir, manyetik alanlarla güçlü bir şekilde etkileşir ve bu nedenle manyetik alanların, yerçekimi ve hatta beyin aktivitesinin hassas ölçümleri için kullanılabilir. Ancak bu dönüşler kötü şöhretli kırılgandır.
Çevredeki atomlardan veya konteyner duvarlarından gelen en küçük rahatsızlık bile, spin gevşemesi olarak bilinen bir süreç olan yönlerini kaybetmelerine neden olabilir. Şimdiye kadar, bu spinleri bu tür parazitlerden korumak karmaşık kurulumlar gerektirmiştir veya sadece çok özel koşullar altında çalışmıştır. Yeni yöntem bunu değiştiriyor.
Kalkan olarak lazer ışığı
Araştırmacılar, atomlar birbirleriyle ve çevreleriyle sürekli olarak çarpışsa bile - manyetik alanındaki atomik spinlerin öngörüsünü senkronize etmek için tek, tam olarak ayarlanmış bir lazer ışını kullanan bir teknik geliştirdiler.
Bir kutu içinde yüzlerce küçük eğirme üstünün sınırlandırıldığı bir senaryo düşünün. Tipik olarak, bu üstler arasındaki etkileşimler spin konfigürasyonlarını bozabilir ve tüm sistemin senkronize olmasına neden olabilir. Bu etki, üst kısımlar işlemlerini işlemlerini ve yönlerini çok daha hızlı değiştirdikçe, yüksek manyetik alanlarda çok daha baskın hale gelir.
Bununla birlikte, spesifik bir yöntem, sistem içinde senkronizasyonu korumak için ışık kullanır. Çeşitli spin konfigürasyonlarındaki farklılıkları ele alarak, ışık tüm üstleri uyum içinde döndürmeyi etkili bir şekilde tutar, bozukluğu önler ve yüksek manyetik alanlarda bile dönen varlıklar arasında kooperatif davranışını sağlar. Bu yaklaşım, ışık ve atomik spin dinamikleri arasındaki büyüleyici etkileşimi vurgulamaktadır.
Araştırmacılar, sezyum atomlarının spin oryantasyonlarını ne kadar sürdürdüğü konusunda dokuz - kat iyileştirme elde ettiler. Dikkat çekici bir şekilde, bu koruma, atomlar özel anti - gevşeme - kaplamalı hücre duvarları ve sık iç çarpışmalar yaşadığında bile çalışıyor.
Gerçek - dünya potansiyeli
Bu teknik, atomik dönüşlere dayanan cihazları önemli ölçüde artırabilir:
Tıbbi görüntüleme, arkeoloji ve uzay araştırmalarında kullanılan kuantum sensörleri ve manyetometreler
GPS'e güvenmeyen hassas navigasyon sistemleri
Spin stabilitesinin depolanmanın ve işlenmenin anahtarı olduğu kuantum bilgi platformları
Yöntem "sıcak" ortamlarda çalıştığından ve aşırı soğutma veya karmaşık alan ayarlaması gerektirmediğinden, gerçek - dünya uygulamaları için mevcut yaklaşımlardan daha pratik olabilir.
Araştırmacılar, "Bu yaklaşım kuantum sistemlerini gürültüden korumada yeni bir bölüm açıyor." Dedi. "Atomların doğal hareketini kullanarak ve ışığı bir dengeleyici olarak kullanarak, artık her zamankinden daha geniş bir koşul aralığında tutarlılığı koruyabiliriz."
Araştırma, atom fiziğinde onlarca yıllık çalışmalara dayanmaktadır, ancak - atomlarını koordine etmek için ışık kullanan bu basit, zarif çözüm - ileri bir sıçramadır. Yakın gelecekte daha sağlam, doğru ve erişilebilir kuantum teknolojilerinin yolunu açabilir.
