Три нано стеклянные сферы цепляются друг за друга. Они образуют кластер, похожий на башню, похожие на то, что когда вы накапливаете три шарика мороженого друг на друга-только намного меньше. Диаметр нано -кластера в десять раз меньше, чем у человеческих волос. С помощью оптического устройства и лазерных лучей исследователям в Eth Zurich удалось поддерживать такие объекты почти полностью неподвижными в левитации. Это важно, когда речь идет о будущей разработке квантовых датчиков, которые вместе с квантовыми компьютерами представляют собой наиболее перспективные применения квантовых исследований.
В рамках своего эксперимента по левитации исследователи во главе с адъюнкт -профессором фотоники Мартина Фриммера смогли устранить гравитационную силу, действующую на стеклянные сферы. Тем не менее, удлиненный нано -объект все еще дрожал, аналогично тому, как игла на компасе движется при освоении в положение. В случае кластера Nano дрожащее движение было очень быстрым, но слабым: объект составлял около миллиона прогибов в секунду, каждый из которых измерял всего несколько тысяч степени. Это крошечное вращательное колебание представляет собой фундаментальное квантовое движение, демонстрируемое всеми объектами и которое физики называют колебаниями с нулевой точкой. «Согласно принципам квантовой механики, ни один объект никогда не может оставаться совершенно неподвижным», – объясняет Лоренцо Дания, постдок в группе Фриммера и первый автор исследования. «Чем больше объект, тем меньше эти колебания нулевой точки и тем сложнее их наблюдать».
Несколько записей
На сегодняшний день никто не был успешным в обнаружении этих крошечных движений для объекта такого размера, как и именно исследователи ETH. Они достигли этого, потому что они смогли в значительной степени устранить все движения, которые происходят из области классической физики, и скрывать наблюдение за квантовыми движениями. Исследователи ETH приписывают 92 процента движений кластера в своем эксперименте с квантовой физикой и 8 процентов классической физике; Поэтому они ссылаются на высокий уровень квантовой чистоты. «Заранее, мы не ожидали достижения такого высокого уровня квантовой чистоты», – объясняет Дания.
И записи на этом не останавливаются: исследователи достигли всего этого при комнатной температуре. Квантовые исследователи обычно должны охладить свои объекты до температуры, близкой к абсолютному нулю (-273 градусам по Цельсию), используя специальное оборудование. Это не требовалось здесь. Фриммер проверяет аналогию: «Как будто мы построили новый автомобиль, который транспортирует больше груза, чем традиционные грузовики и в то же время потребляет меньше топлива».
Крошечный и огромный одновременно
В то время как многие исследователи исследуют квантовые эффекты в отдельных или небольших группах атомов, Фриммер и его группа работают среди тех, кто работает с относительно большими объектами. Их кластер наносферы может быть крошечным в повседневных терминах, но он состоит из нескольких сотен миллионов атомов, что делает его огромным с точки зрения квантового физика. Интерес к объектам такого размера частично обусловлен надежды на будущие квантовые технологические приложения, например. Такие приложения требуют, чтобы более крупные системы контролировались с использованием принципов квантовой механики.
«Идеальный старт»
«То, что мы достигли, – это идеальное начало для дальнейших исследований, которые однажды мог бы питаться в приложениях», – говорит Фриммер. Для таких приложений вам сначала нужна система с высокой квантовой чистотой, в которой все внешние помехи могут быть успешно подавлены, а движения контролируются в желаемом способе, заявляет он, добавив, что это теперь было достигнуто. Затем можно было бы обнаружить квантовые механические эффекты, измерить их и использовать систему для квантовых технологических применений.
Приложения в области навигации и медицины
В отдаленном будущем квантовые датчики также могут быть использованы в медицинской визуализации. Есть надежда, что они смогут обнаружить слабые сигналы в средах, где измерение устройств в противном случае в основном поднимает фоновый шум. Другим потенциальным применением могут быть датчики движения, которые могут облегчить навигацию транспортных средств, даже если нет контакта со спутником GPS.
Для большинства этих приложений квантовая система должна быть миниатюрной. По словам исследователей ETH, это возможно в принципе. В любом случае, они нашли способ достичь желаемого контролируемого квантового состояния без трудоемкого, дорогостоящего и энергоемкого охлаждения.
Исследователи Eth Zurich провели эту работу вместе с коллегами из Венского технологического университета, Университета Манчестера и института де -Cheoncies Fotòniques в Барселоне.
#Чистое #квантовое #состояние #без #необходимости #охлаждения
Ещё по этой теме
