Изследователите са открили прост, но мощен начин за защита на атомите от загуба на информация - ключово предизвикателство при разработването на надеждни квантови технологии.
Чрез блестящи единичен, внимателно настроен лазерен лъч върху газ от атоми, те успяха да запазят синхронизираните вътрешни завъртания на атомите, като драстично намаляват скоростта, с която се губи информация. В квантовите сензори и системите на паметта атомите често губят своята магнитна ориентация - или "spin" -, когато се сблъскат помежду си или стените на контейнера си.
Това явление, известно като релаксация на спин, силно ограничава производителността и стабилността на такива устройства. Традиционните методи за противодействие на това изискват работа в изключително ниски магнитни полета и използване на обемист магнитно екраниране.
Новият метод заобикаля изцяло тези ограничения. Вместо магнитно екраниране на системата, тя използва светлината, за да превключва фино нивата на атомната енергия, подравнявайки завъртанията на атомите и поддържането им в синхрон, дори когато се движат и се сблъскват. Това създава по -устойчиво състояние на въртене, което е естествено защитено от декохерентност.
В лабораторните експерименти с топла цезиева пара, техниката намалява разпадането на спин с фактор 10 и значително подобрява магнитната чувствителност. Този пробив показва, че един лъч светлина може да удължи времето за съгласуваност на атомните завъртания, отваряйки вратата към по -компактни, точни и здрави квантови сензори, магнитометри и устройства с памет.
A team of physicists from the Hebrew University's Department of Applied Physics and Center for Nanoscience and Nanotechnology, in collaboration with the School of Applied and Engineering Physics at Cornell University, has unveiled a powerful new method to shield atomic spins from environmental "noise"-a major step toward improving the precision and durability of technologies like quantum sensors and navigation systems.
Проучването „Оптична защита на алкалите - метални атоми от спин релаксация“, от Аврахам Берреби, Марк Дикополтев, проф. Ори Кац (Еврейски университет) и проф. Или Кац (Университет Корнел), е публикувано в университета в Корнел), е публикуваноПисма за физически прегледи потенциално могат да революционизират полета, които зависят от магнитното чувство и атомната съгласуваност.
Атомите с неспарени електрони -, като тези в цезиевата пара - имат свойство на "spin", силно взаимодействат с магнитни полета и следователно могат да се използват за ултра - чувствителни измервания на магнитни полета, гравитация и равномерна мозъчна активност. Но тези завъртания са прословути крехки.
Дори най -малките смущения от заобикалящите атоми или стените на контейнерите могат да ги накарат да загубят ориентацията си, процес, известен като спин релаксация. Досега защитата на тези завъртания от такава намеса изисква сложни настройки или работи само при много специфични условия. Новият метод променя това.
Лазерна светлина като щит
Изследователите разработиха техника, която използва единичен, точно настроен лазерен лъч, за да синхронизира прецесията на атомните завъртания в магнитното поле -, дори когато атомите постоянно се сблъскват помежду си и тяхното обкръжение.
Представете си сценарий, при който стотици малки въртящи се върхове са затворени в кутия. Обикновено взаимодействията между тези върхове могат да нарушат техните спин конфигурации, което води до изпадане на цялата система от синхронизация. Този ефект става много по -доминиращ във високите магнитни полета, тъй като върховете се обработват и променят ориентацията си много по -бързо.
Въпреки това, специфичен метод използва светлина за поддържане на синхронизацията в системата. Чрез адресиране на разликите в различните конфигурации на въртене, светлината ефективно поддържа всички върхове да се въртят в хармония, предотвратявайки разстройството и дава възможност за съвместно поведение сред въртящите се образувания, дори във високи магнитни полета. Този подход подчертава завладяващото взаимодействие между динамиката на светлината и атомната спин.
Изследователите постигнаха девет - подобрение на сгъването в това колко дълго цезиеви атоми поддържат своята ориентация на въртене. Забележително е, че тази защита работи дори когато атомите отскачат от специални анти - релаксация - покрити клетъчни стени и изпитват чести вътрешни сблъсъци.
Истински - световен потенциал
Тази техника може значително да подобри устройства, които разчитат на атомни завъртания, включително:
Квантови сензори и магнитометри, използвани при медицински изображения, археология и проучване на пространството
Прецизни навигационни системи, които не разчитат на GPS
Квантова информационни платформи, където стабилността на спин е от ключово значение за съхраняването и обработката на информация
Тъй като методът работи в "топла" среда и не изисква изключително охлаждане или сложна настройка на полето, той може да бъде по -практичен за реални - световни приложения, отколкото съществуващите подходи.
"Този подход отваря нова глава за защита на квантовите системи от шум", заявиха изследователите. "Като използваме естественото движение на атомите и използваме светлината като стабилизатор, сега можем да запазим кохерентност при по -широк спектър от условия от всякога."
Изследването се основава на десетилетия работа в атомната физика, но това просто, елегантно решение -, използвайки светлина за координиране на атомите - е скок напред. Това може да проправи пътя за по -здрави, точни и достъпни квантови технологии в близко бъдеще.
