Teadlased Saavutasid Kvantseose Klaaspärli ja Valguse Vahel

Pilt: Ars Technica · Allikas

Teadlased on edukalt sidunud riputatud klaaspärli laserkiirgusega optilises kavitatsioonis, mis tähistab olulist läbimurret kvantmehaanikas ja avab võimalusi kvantmälu rakendusteks.

Kvantseos, nähtus, kus kaks objekti näitavad korreleeruvaid käitumisi olenemata kaugusest, on olnud pikka aega mõistetud peamiselt mikroskoopilistes süsteemides nagu footonid. Seose laiendamine nähtavate makroskoopiliste objektide hulka on tekitanud suuri raskusi keskkonnamõjude tõttu, mis kiirelt kvantkorrelatsioone hajutavad. Kuid hiljutised uuringud on näidanud seost klaaspärli ja valguse vahel, mis on märkimisväärne katseline saavutus.

Selles katses kasutasid teadlased laserkiirgust, et püüda ja jahutada väikest klaaspärlit, mis oli riputatud optilisse kavitatsiooni, mille moodustasid kaks peeglit. Kavatsioon tekitab staatilisi valguslaine mustreid fikseeritud faasi ja sageduse punktides, võimaldades defineeritud koostoimet pärli ja valgusvälja vahel, eeldusel, et pärli liikumine jääb minimaalseks. Jahutamine tähendab siin pärli võnkumisliikumise vähendamist laserpüügiredelis, saavutatud laserisageduse kergelt madalamale häälestamisega, nii et pärl kaotab energiat valgusele Doppleri efekti kaudu.

Seose indutseerimiseks kasutati teist laserkiirt, mille sagedus oli veidi kõrgem, et süstida pärli liikumisse taas energiat. Jahutus- ja soojenduslaserite välja põimumine tekitab korrelatsioone pärli võnkumiste ja valgusväljade vahel. Kuna osa valgust pääseb kavitationist välja, kannes väikseid kõikumisi, mis on seotud pärli liikumisega, võimaldab nende lekkivate valgusväljade korrelatsioonide mõõtmine paljastada seose oleku.

See keerukas laserisageduste tasakaalustamine ja täpne pärli liikumise kontroll võimaldas teadlaskonnal esmakordselt vaadelda seost makroskoopilise objekti – klaaspärli – ja valguse vahel. Sellised mõõtmised on keerulised ja müra suhtes tundlikud, nõudes tipptasemel mudeleid, et usaldusväärselt eristada seost olekuid.

Lisaks põhifüüsikale pakub see mehhaanilise- ja valgusseose süsteem paljulubavaid rakendusi. Kvantkommunikatsioonis on footonid informatsiooni kandjatena keskse tähtsusega, kuid valgust kasutava kvantinfo talletamine on tavaliselt keeruline. Mehhaaniline süsteem nagu klaaspärl võib toimida lokaalse kvantmäluna, mille omadusi saab kunstlikult kujundada.

See areng rõhutab mitte ainult kvantmehaanika universaalsust, vaid demonstreerib ka uusi viise kvantnähtuste kasutamiseks kunstlikes süsteemides, mis võib potentsiaalselt kiirendada kvanttehnoloogiaid kommunikatsioonis ja arvutuses.

▶ An experimental tour-de-force: Entanglement between glass bead and light — Vaata videot ↗