Istraživači su otkrili jednostavan, ali moćan način zaštite atoma od gubitka informacija - Ključni izazov u razvoju pouzdanih kvantnih tehnologija.
Sjajući jednu, pažljivo podešenu lasersku zraku na plin atoma, uspjeli su zadržati unutarnje okretne vrtove atoma sinkronizirane, dramatično smanjujući brzinu kojom se informacije gube. U kvantnim senzorima i memorijskim sustavima atomi često gube magnetsku orijentaciju - ili "spin" - kada se sudaraju jedni s drugima ili zidovima svog spremnika.
Ovaj fenomen, poznat kao spin opuštanje, ozbiljno ograničava performanse i stabilnost takvih uređaja. Tradicionalne metode za suzbijanje potrebnih za rad u izuzetno niskim magnetskim poljima i korištenjem glomaznog magnetskog zaštite.
Nova metoda u potpunosti zaobilazi ta ograničenja. Umjesto da magnetski oklopi sustav, on koristi svjetlost za suptilno pomicanje razine atomske energije, usklađujući vrtiće atoma i držeći ih u sinkronizaciji, čak i dok se kreću i sudaraju. To stvara otpornije stanje spina koje je prirodno zaštićeno od dekoherencije.
U laboratorijskim eksperimentima s toplom cezijskom parom, tehnika je smanjila propadanje spina za faktor 10 i značajno je poboljšala magnetsku osjetljivost. Ovaj proboj pokazuje da jedan snop svjetlosti može proširiti vrijeme koherencije atomskih okreta, otvarajući vrata kompaktnijim, preciznijim i robusnim kvantnim senzorima, magnetometrima i memorijskim uređajima.
Tim fizičara s Odjela za primijenjenu fiziku i Centra za nanotehnologiju na Sveučilištu hebrejskog sveučilišta i Centra za nanotehnologiju, u suradnji sa školom primijenjene i inženjerske fizike na Sveučilištu Cornell, otkrio je snažnu novu metodu za zaštitu atomskih spinova od okoliša "{{0}.
Studija, "Optička zaštita alkalija - metalnih atoma iz spin opuštanja", Avraham Berrebi, Mark Dikopoltsev, prof. Ori Katz (Sveučilište Hebrew), i prof. Ili Katz (Sveučilište Cornell), objavljena je uPisma fizičkog pregledai mogu potencijalno revolucionirati polja koja ovise o magnetskom senzoru i atomskoj koherenciji.
Atomi s neparnim elektronima -, kao što su oni u cezijskoj pari -, imaju svojstvo "spin", snažno interakciju s magnetskim poljima i stoga se mogu koristiti za ultra - osjetljiva mjerenja magnetskih fila, gravitacije i čak mozga. Ali ti su okret notorno krhki.
Čak i najsitniji poremećaj okolnih atoma ili zidova kontejnera može uzrokovati da izgube orijentaciju, proces poznat kao opuštanje spina. Do sada je zaštita ovih okretaja od takvih smetnji zahtijevala komplicirane postavke ili radilo samo u vrlo specifičnim uvjetima. Nova metoda to mijenja.
Lasersko svjetlo kao štit
Istraživači su razvili tehniku koja koristi jednu, precizno podešenu lasersku zraku kako bi sinkronizirala precesiju atomskih okretaja u magnetskom polju -, čak i dok se atomi stalno sudaraju jedni s drugima i okolinom.
Zamislite scenarij u kojem su stotine sitnih vrhova u okviru. Obično, interakcije između ovih vrhova mogu poremetiti njihove konfiguracije spina, uzrokujući da cijeli sustav ispadne iz sinkronizacije. Taj učinak postaje mnogo dominantniji u visokim magnetskim poljima, jer TOPS procesuira i mijenja svoju orijentaciju mnogo brže.
Međutim, specifična metoda koristi svjetlost za održavanje sinkronizacije unutar sustava. Baveći se razlikama u različitim konfiguracijama spina, svjetlost učinkovito održava sve vrhove u skladu, sprečavajući poremećaj i omogućavajući kooperativno ponašanje među predenjem entiteta, čak i na visokim magnetskim poljima. Ovaj pristup naglašava fascinantnu interakciju između svjetlosti i atomske dinamike spin.
Istraživači su postigli devet - poboljšanje nabora u koliko dugo cezijski atomi održavaju svoju orijentaciju. Izuzetno, ova zaštita djeluje čak i kad atomi odskakuju od posebnog anti - opuštanja - obložene staničnim zidovima i doživljavaju česte unutarnje sudare.
Real - svjetski potencijal
Ova bi tehnika mogla značajno poboljšati uređaje koji se oslanjaju na atomske vrtnje, uključujući:
Kvantni senzori i magnetometri koji se koriste u medicinskom snimanju, arheologiji i istraživanju prostora
Precizni navigacijski sustavi koji se ne oslanjaju na GPS
Kvantne informacijske platforme gdje je stabilnost spin ključne za pohranjivanje i obradu informacija
Budući da metoda djeluje u "toplim" okruženjima i ne zahtijeva ekstremno hlađenje ili komplicirano podešavanje polja, mogla bi biti praktičnija za stvarne - svjetske aplikacije od postojećih pristupa.
"Ovaj pristup otvara novo poglavlje u zaštiti kvantnih sustava od buke", rekli su istraživači. "Usmjeravanjem prirodnog gibanja atoma i korištenjem svjetla kao stabilizatora, sada možemo sačuvati koherenciju u širem rasponu uvjeta nego ikad prije."
Istraživanje se temelji na desetljećima rada u atomskoj fizici, ali ovo jednostavno, elegantno rješenje - pomoću svjetla za koordinaciju atoma - je skok naprijed. To može otvoriti put robusnijim, preciznijim i pristupačnim kvantnim tehnologijama u bliskoj budućnosti.
