Tutkijat saavuttivat kvanttisidonnaisuuden lasipallon ja valon välillä

Kuva: Ars Technica · Lähde

Tutkijat ovat onnistuneesti yhdistäneet ripustetun lasipallon laservalon kanssa optisessa kammiossa, mikä merkitsee merkittävää edistysaskelta kvanttimekaniikassa ja avaa mahdollisuuksia kvanttimuistin sovelluksille.

Kvanttisidonnaisuus, ilmiö, jossa kaksi kohdetta osoittavat korreloitua käyttäytymistä riippumatta etäisyydestä, on pitkään tunnettu pääasiassa mikroskooppisissa järjestelmissä kuten fotoneissa. Sidonnaisuuden laajentaminen näkyviin makroskooppisiin objekteihin on ollut merkittävä haaste ympäristövuorovaikutusten vuoksi, jotka nopeasti hajottavat kvanttikorrelaatiot. Uusimmat tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet sidonnaisuuden lasipallon ja valon välillä, mikä on huomattava kokeellinen saavutus.

Tässä kokeessa tutkijat käyttivät laservaloa vangitakseen ja jäähdyttääkseen pienen lasipallon, joka roikkuu optisessa kammiossa, jonka muodostavat kaksi peiliä. Kammio muodostaa seisovia valoaaltokuvioita kiinteillä vaihe- ja taajuuspisteillä, mikä mahdollistaa määritellyn vuorovaikutuksen pallon ja valokentän välillä, olettaen että pallon liike pysyy pienenä. Jäähdytys tarkoittaa tässä pallon värähtelyliikkeen vähentämistä laseransassa, saavutettu säätämällä laseria hieman alemmalle taajuudelle, jolloin pallo menettää energiaa valolle Doppler-ilmiön avulla.

Sidonnaisuuden aikaansaamiseksi käytettiin toista lasersädettä, jonka taajuus oli hieman korkeampi, lisäten energiaa pallon liikkeeseen. Jäähdytys- ja lämmityslaserkenttien vuorovaikutus luo korrelaatioita pallon värähtelyn ja valokenttien välille. Koska osa valosta pääsee kammion ulkopuolelle kantaen hienovaraisia pallon liikkeeseen liittyviä vaihteluita, näiden vuotavien valokenttien korrelaatioiden mittaaminen paljastaa sidonnaistilan.

Tarkka laserin taajuuksien tasapaino ja pallon liikkeen hallinta mahdollistivat tiimille sidonnaisuuden havaitsemisen makroskooppisen objektin — lasipallon — ja valon välillä ensimmäistä kertaa. Tällaiset mittaukset ovat monimutkaisia ja herkkiä häiriöille, mikä vaatii kehittyneitä malleja erottelemaan sidonnaistilat luotettavasti.

Perusfysiikan lisäksi tämä mekaanisen ja valon sidonnaisuusjärjestelmä tarjoaa lupaavia sovellusmahdollisuuksia. Kvanttikommunikaatiossa fotonit ovat olennaisia informaation kantajia, mutta kvanttisen informaation tallentaminen valoon koodattuna on usein haastavaa. Mekaaninen järjestelmä, kuten lasipallo, voi toimia paikallisena kvanttimuistina, jonka ominaisuuksia voidaan säädellä keinotekoisesti suunnittelemalla.

Tämä kehitys ei ainoastaan korosta kvanttimekaniikan universaaliutta, vaan myös avaa uusia reittejä kvantti-ilmiöiden hyödyntämiseksi keinotekoisissa järjestelmissä, mahdollistaen kvantti-teknologioiden edistymisen kommunikoinnissa ja tietojenkäsittelyssä.

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