นักวิจัยได้ค้นพบวิธีที่เรียบง่าย แต่ทรงพลังในการปกป้องอะตอมจากการสูญเสียข้อมูล - ความท้าทายที่สำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมที่เชื่อถือได้
ด้วยการส่องลำแสงเลเซอร์ที่ปรับแต่งอย่างระมัดระวังบนก๊าซของอะตอมพวกเขาจัดการเพื่อให้สปินภายในของอะตอมซิงโครไนซ์ลดอัตราที่ข้อมูลหายไปอย่างมาก ในเซ็นเซอร์ควอนตัมและระบบหน่วยความจำอะตอมมักจะสูญเสียการปฐมนิเทศแม่เหล็ก - หรือ "หมุน" - เมื่อพวกเขาชนกันหรือผนังของภาชนะ
ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการผ่อนคลายแบบหมุน จำกัด ประสิทธิภาพและความเสถียรของอุปกรณ์ดังกล่าวอย่างรุนแรง วิธีการดั้งเดิมในการต่อต้านมันจำเป็นต้องใช้งานในสนามแม่เหล็กที่ต่ำมากและใช้การป้องกันแม่เหล็กขนาดใหญ่
วิธีการใหม่ก้าวเท้าหลีกเลี่ยงข้อ จำกัด เหล่านั้นทั้งหมด แทนที่จะป้องกันระบบแม่เหล็กมันใช้แสงเพื่อเปลี่ยนระดับพลังงานอะตอมอย่างละเอียดจัดแนวสปินของอะตอมและทำให้พวกมันซิงค์กันแม้ในขณะที่พวกเขาเคลื่อนไหวและชนกัน สิ่งนี้จะสร้างสถานะการหมุนที่ยืดหยุ่นมากขึ้นซึ่งได้รับการปกป้องจาก decoherence
ในการทดลองในห้องปฏิบัติการด้วยไอซีเซียมอุ่นเทคนิคลดการสลายตัวของสปินโดยปัจจัย 10 และเพิ่มความไวต่อแม่เหล็กอย่างมีนัยสำคัญ การพัฒนานี้แสดงให้เห็นว่าลำแสงเดียวของแสงสามารถขยายเวลาการเชื่อมโยงกันของสปินอะตอมเปิดประตูไปยังเซ็นเซอร์ควอนตัมที่มีขนาดกะทัดรัดแม่นยำและแข็งแกร่งมากขึ้นแม่เหล็กและอุปกรณ์หน่วยความจำ
ทีมนักฟิสิกส์จากภาควิชาฟิสิกส์ประยุกต์และศูนย์นาโนวิทยาและนาโนเทคโนโลยีของมหาวิทยาลัยฮีบรูโดยความร่วมมือกับโรงเรียนวิชาฟิสิกส์ประยุกต์และวิศวกรรมที่มหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ได้เปิดเผยวิธีการใหม่ที่ทรงพลัง
การศึกษา "การป้องกันแสงของอัลคาไล - อะตอมโลหะจากการผ่อนคลายสปิน" โดย Avraham Berrebi, Mark Dikopoltsev, Prof. Ori Katz (มหาวิทยาลัยฮีบรู) และศาสตราจารย์หรือ Katz (Cornell University) ได้รับการตีพิมพ์จดหมายทบทวนทางกายภาพและอาจปฏิวัติสาขาที่ขึ้นอยู่กับการตรวจจับแม่เหล็กและการเชื่อมโยงกันของอะตอม
อะตอมที่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ - เช่นในซีเซียมไอ - มีคุณสมบัติของ "การหมุน" โต้ตอบอย่างรุนแรงกับสนามแม่เหล็กและสามารถใช้สำหรับการวัดที่ละเอียดอ่อนของสนามแม่เหล็ก แต่สปินเหล่านี้มีความเปราะบาง
แม้แต่การรบกวนที่น้อยที่สุดจากอะตอมรอบ ๆ หรือผนังภาชนะบรรจุก็อาจทำให้พวกเขาสูญเสียการปฐมนิเทศซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการผ่อนคลายแบบหมุน จนถึงขณะนี้การปกป้องสปินเหล่านี้จากสัญญาณรบกวนดังกล่าวจำเป็นต้องมีการตั้งค่าที่ซับซ้อนหรือทำงานภายใต้เงื่อนไขที่เฉพาะเจาะจงมาก วิธีการใหม่เปลี่ยนไป
แสงเลเซอร์เป็นโล่
นักวิจัยได้พัฒนาเทคนิคที่ใช้ลำแสงเลเซอร์ที่ปรับได้อย่างแม่นยำเพื่อซิงโครไนซ์ precession ของสปินอะตอมในสนามแม่เหล็ก - แม้ในขณะที่อะตอมชนกันอย่างต่อเนื่องและสภาพแวดล้อมของพวกเขา
ลองนึกภาพสถานการณ์ที่ท็อปส์ซูปั่นเล็ก ๆ หลายร้อยตัวถูก จำกัด อยู่ในกล่อง โดยทั่วไปการโต้ตอบระหว่างท็อปส์ซูเหล่านี้สามารถขัดขวางการกำหนดค่าการหมุนของพวกเขาทำให้ระบบทั้งหมดหลุดออกจากการซิงค์ เอฟเฟกต์นี้มีความโดดเด่นมากขึ้นในสนามแม่เหล็กสูงเนื่องจากกระบวนการท็อปส์ซูและเปลี่ยนการวางแนวของพวกเขาอย่างรวดเร็วมากขึ้น
อย่างไรก็ตามวิธีการเฉพาะใช้แสงเพื่อรักษาการซิงโครไนซ์ภายในระบบ ด้วยการจัดการกับความแตกต่างในการกำหนดค่าสปินที่หลากหลายแสงจะช่วยให้ยอดการหมุนทั้งหมดได้อย่างมีประสิทธิภาพป้องกันความผิดปกติและการเปิดใช้งานพฤติกรรมความร่วมมือระหว่างหน่วยงานที่หมุนได้แม้ในสนามแม่เหล็กสูง วิธีการนี้เน้นการทำงานร่วมกันที่น่าสนใจระหว่างแสงและการหมุนของอะตอม
นักวิจัยประสบความสำเร็จในการปรับปรุงการพับ- เก้าครั้งในระยะเวลาที่อะตอมของซีเซียมยังคงรักษาปฐมนิเทศการหมุนของพวกเขา การป้องกันนี้ทำงานได้อย่างน่าทึ่งแม้ในขณะที่อะตอมกำลังตีกลับเป็นพิเศษ - การผ่อนคลาย - ผนังเซลล์เคลือบและประสบกับการชนภายในบ่อยครั้ง
จริง - ศักยภาพของโลก
เทคนิคนี้สามารถช่วยเพิ่มอุปกรณ์ที่พึ่งพาสปินอะตอมได้อย่างมีนัยสำคัญรวมถึง:
เซ็นเซอร์ควอนตัมและเครื่องวัดสนามแม่เหล็กที่ใช้ในการถ่ายภาพทางการแพทย์โบราณคดีและการสำรวจอวกาศ
ระบบนำทางที่แม่นยำซึ่งไม่พึ่งพา GPS
แพลตฟอร์มข้อมูลควอนตัมที่ความมั่นคงของสปินเป็นกุญแจสำคัญในการจัดเก็บและประมวลผลข้อมูล
เนื่องจากวิธีการทำงานในสภาพแวดล้อมที่ "อบอุ่น" และไม่จำเป็นต้องมีการระบายความร้อนอย่างรุนแรงหรือการปรับจูนสนามที่ซับซ้อนจึงอาจใช้งานได้จริงสำหรับแอพพลิเคชั่นโลก - จริงกว่าวิธีการที่มีอยู่
“ วิธีการนี้เปิดบทใหม่ในการปกป้องระบบควอนตัมจากเสียงรบกวน” นักวิจัยกล่าว "ด้วยการควบคุมการเคลื่อนที่ตามธรรมชาติของอะตอมและการใช้แสงเป็นเครื่องทำให้เสถียรตอนนี้เราสามารถรักษาความเชื่อมโยงกันในช่วงที่กว้างขึ้นกว่าที่เคยเป็นมา"
การวิจัยสร้างขึ้นในทศวรรษของการทำงานในฟิสิกส์อะตอม แต่โซลูชันที่เรียบง่ายและสง่างามนี้ - การใช้แสงเพื่อประสานอะตอม - เป็นการก้าวกระโดดไปข้างหน้า มันอาจปูทางสำหรับเทคโนโลยีควอนตัมที่แข็งแกร่งแม่นยำและเข้าถึงได้ในอนาคตอันใกล้
