Bilimde hiçbir şey ölçülmeden başarılamaz veya anlaşılamaz. Bugün, kuantum algılamadaki ilerlemeler sayesinde, bilim insanları bir zamanlar hayal edilmesi bile imkansız olan şeyleri ölçebiliyorlar: atomların titreşimleri, tek tek fotonların özellikleri, yerçekimsel dalgalarla ilişkili dalgalanmalar.
“Döndürme sıkıştırma” adı verilen kuantum mekaniksel bir hilenin, dünyanın en hassas kuantum sensörlerinin yeteneklerini güçlendirme konusunda umut vaat ettiği yaygın olarak kabul ediliyor, ancak bunu başarmak herkesin bildiği gibi zor. Yeni araştırmada, Bilim'lı fizikçiler spin sıkıştırmayı nasıl daha yakın bir noktaya getirdiklerini anlatıyorlar.
Bir tür kuantum dolaşma olan spin sıkıştırma, bir parçacık topluluğunun dalgalanma şeklini kısıtlar. Bu, diğer tamamlayıcı sinyallerin doğru bir şekilde ölçülmesi pahasına, belirli gözlemlenebilir sinyallerin daha hassas ölçümlerine olanak tanır; bir balonu sıkıştırmanın genişlik pahasına nasıl daha fazla yükseklik sağladığını düşünün.
Fizik profesörü ve Nature Physics dergisinde spin sıkma üzerine yeni makalenin yazarı Norman Yao, “Kuantum mekaniği çok küçük sinyalleri ölçme yeteneğimizi geliştirebilir” dedi. “Daha önce düşünülenden çok daha geniş bir sistem sınıfında böyle kuantum destekli metroloji elde etmenin mümkün olduğunu gösterdik.”
Makalenin ortak yazarı ve eski bir Griffin Sanat ve Bilim Enstitüsü öğrencisi olan Maxwell Block, balon metaforunda bir dairenin herhangi bir kuantum ölçümüne özgü belirsizliği temsil ettiğini açıkladı. Block, “Bu belirsizliği sıkıştırarak, balonu daha çok bir elips gibi yaparak ölçümlerin hassasiyetini yeniden şekillendirebiliriz” dedi. “Bu, belirli ölçümlerin kuantum mekaniği olmadan yapılabilecek her şeyden daha kesin olabileceği anlamına geliyor.”
Spin sıkma, daha hassas ölçümlere olanak tanıyan bir kuantum dolaşıklık biçimidir (ortada). Daha önce yalnızca hepsi-hepsi etkileşimli sistemlerde (solda) ortaya çıktığı bilinen Bilim araştırmacıları, spin sıkışmasının daha genel olarak düzlemsel mıknatıslar oluşturan yerel olarak etkileşimli sistemlerde (sağda) meydana gelebileceğini gösterdi.
Kredi bilgileri: Bingtian Ye
Örneğin, LIGO deneyinde Nobel ödüllü yerçekimsel dalga dedektörlerinin hassasiyetini arttırmak için spin sıkıştırmanın bir analoğu kullanıldı.
Bilim ekibinin çalışması, atomlar arasındaki “hepsinden herkese” etkileşimlerin yol açtığı, sıkışık, dolaşmış bir durum olasılığını ilk kez tanımlayan 1993 tarihli dönüm noktası niteliğindeki bir makaleye dayanıyordu. Bu tür etkileşimler, her katılımcının diğer tüm katılımcılarla aynı anda etkileşime girdiği büyük bir Zoom toplantısına benzer. Atomlar arasında bu tür bir bağlantı, spin-sıkıştırılmış durumu indüklemek için gerekli olan kuantum mekaniksel korelasyonların oluşmasını kolaylıkla sağlar. Bununla birlikte, doğada atomlar genellikle bir telefon oyununa benzer şekilde etkileşime girer ve aynı anda yalnızca birkaç komşuyla konuşur.
Makalenin eşbaşkan yazarı ve aynı zamanda eski Griffin Sanat ve Bilim Enstitüsü'nden Bingtian Ye, “Yıllardır, gerçek anlamda kuantumla geliştirilmiş spin sıkıştırmanın yalnızca hepsi bir arada etkileşimler yoluyla elde edilebileceği düşünülüyordu” dedi. öğrenci. “Fakat bunun aslında çok daha kolay olduğunu gösterdik.”
Araştırmacılar makalelerinde, spin-sıkıştırılmış dolaşma oluşturmak için yeni bir stratejinin ana hatlarını çiziyorlar. Fransa'daki işbirlikçileriyle birlikte, spin sıkıştırmaya yönelik bileşenlerin doğada sıklıkla bulunan her yerde bulunan bir manyetizma türü olan ferromanyetizmada mevcut olduğunu ve aynı zamanda buzdolabı mıknatıslarının yapışmasını sağlayan kuvvet olduğunu deney yoluyla hızlı bir şekilde doğruladılar. Spin sıkmayı başarmak için hepsi-hepsi etkileşimlerinin gerekli olmadığını, bunun yerine, spinler manyetik bir duruma senkronize olacak kadar iyi bağlandıkları sürece, dinamik olarak spin sıkmayı da oluşturabilmeleri gerektiğini öne sürüyorlar.
Araştırmacılar, çalışmalarının, spin sıkıştırmanın önündeki engeli azaltarak, kuantum bilimcileri ve mühendislerine, biyomedikal görüntüleme, atom saatleri ve daha birçok alanda kullanışlı, daha taşınabilir sensörler yaratmaları için yeni yöntemlere ilham vereceği konusunda iyimser.
Bu ruhla Yao şimdi, uzun süredir ideal kuantum sensörleri olarak kabul edilen, elmasın kristal yapısındaki bir tür kusur olan nitrojen-boşluk merkezlerinden yapılmış kuantum sensörlerinde spin-sıkma oluşturmak için deneyler yürütüyor.
Araştırma federal destek aldı: Ordu Araştırma Ofisi, Deniz Araştırmaları Ofisi, Enerji Bakanlığı, Savunma Bakanlığı ve Ulusal Bilim Vakfı.
“Döndürme sıkıştırma” adı verilen kuantum mekaniksel bir hilenin, dünyanın en hassas kuantum sensörlerinin yeteneklerini güçlendirme konusunda umut vaat ettiği yaygın olarak kabul ediliyor, ancak bunu başarmak herkesin bildiği gibi zor. Yeni araştırmada, Bilim'lı fizikçiler spin sıkıştırmayı nasıl daha yakın bir noktaya getirdiklerini anlatıyorlar.
Bir tür kuantum dolaşma olan spin sıkıştırma, bir parçacık topluluğunun dalgalanma şeklini kısıtlar. Bu, diğer tamamlayıcı sinyallerin doğru bir şekilde ölçülmesi pahasına, belirli gözlemlenebilir sinyallerin daha hassas ölçümlerine olanak tanır; bir balonu sıkıştırmanın genişlik pahasına nasıl daha fazla yükseklik sağladığını düşünün.
Fizik profesörü ve Nature Physics dergisinde spin sıkma üzerine yeni makalenin yazarı Norman Yao, “Kuantum mekaniği çok küçük sinyalleri ölçme yeteneğimizi geliştirebilir” dedi. “Daha önce düşünülenden çok daha geniş bir sistem sınıfında böyle kuantum destekli metroloji elde etmenin mümkün olduğunu gösterdik.”
Makalenin ortak yazarı ve eski bir Griffin Sanat ve Bilim Enstitüsü öğrencisi olan Maxwell Block, balon metaforunda bir dairenin herhangi bir kuantum ölçümüne özgü belirsizliği temsil ettiğini açıkladı. Block, “Bu belirsizliği sıkıştırarak, balonu daha çok bir elips gibi yaparak ölçümlerin hassasiyetini yeniden şekillendirebiliriz” dedi. “Bu, belirli ölçümlerin kuantum mekaniği olmadan yapılabilecek her şeyden daha kesin olabileceği anlamına geliyor.”
Spin sıkma, daha hassas ölçümlere olanak tanıyan bir kuantum dolaşıklık biçimidir (ortada). Daha önce yalnızca hepsi-hepsi etkileşimli sistemlerde (solda) ortaya çıktığı bilinen Bilim araştırmacıları, spin sıkışmasının daha genel olarak düzlemsel mıknatıslar oluşturan yerel olarak etkileşimli sistemlerde (sağda) meydana gelebileceğini gösterdi.
Kredi bilgileri: Bingtian Ye
Örneğin, LIGO deneyinde Nobel ödüllü yerçekimsel dalga dedektörlerinin hassasiyetini arttırmak için spin sıkıştırmanın bir analoğu kullanıldı.
Bilim ekibinin çalışması, atomlar arasındaki “hepsinden herkese” etkileşimlerin yol açtığı, sıkışık, dolaşmış bir durum olasılığını ilk kez tanımlayan 1993 tarihli dönüm noktası niteliğindeki bir makaleye dayanıyordu. Bu tür etkileşimler, her katılımcının diğer tüm katılımcılarla aynı anda etkileşime girdiği büyük bir Zoom toplantısına benzer. Atomlar arasında bu tür bir bağlantı, spin-sıkıştırılmış durumu indüklemek için gerekli olan kuantum mekaniksel korelasyonların oluşmasını kolaylıkla sağlar. Bununla birlikte, doğada atomlar genellikle bir telefon oyununa benzer şekilde etkileşime girer ve aynı anda yalnızca birkaç komşuyla konuşur.
Makalenin eşbaşkan yazarı ve aynı zamanda eski Griffin Sanat ve Bilim Enstitüsü'nden Bingtian Ye, “Yıllardır, gerçek anlamda kuantumla geliştirilmiş spin sıkıştırmanın yalnızca hepsi bir arada etkileşimler yoluyla elde edilebileceği düşünülüyordu” dedi. öğrenci. “Fakat bunun aslında çok daha kolay olduğunu gösterdik.”
Araştırmacılar makalelerinde, spin-sıkıştırılmış dolaşma oluşturmak için yeni bir stratejinin ana hatlarını çiziyorlar. Fransa'daki işbirlikçileriyle birlikte, spin sıkıştırmaya yönelik bileşenlerin doğada sıklıkla bulunan her yerde bulunan bir manyetizma türü olan ferromanyetizmada mevcut olduğunu ve aynı zamanda buzdolabı mıknatıslarının yapışmasını sağlayan kuvvet olduğunu deney yoluyla hızlı bir şekilde doğruladılar. Spin sıkmayı başarmak için hepsi-hepsi etkileşimlerinin gerekli olmadığını, bunun yerine, spinler manyetik bir duruma senkronize olacak kadar iyi bağlandıkları sürece, dinamik olarak spin sıkmayı da oluşturabilmeleri gerektiğini öne sürüyorlar.
Araştırmacılar, çalışmalarının, spin sıkıştırmanın önündeki engeli azaltarak, kuantum bilimcileri ve mühendislerine, biyomedikal görüntüleme, atom saatleri ve daha birçok alanda kullanışlı, daha taşınabilir sensörler yaratmaları için yeni yöntemlere ilham vereceği konusunda iyimser.
Bu ruhla Yao şimdi, uzun süredir ideal kuantum sensörleri olarak kabul edilen, elmasın kristal yapısındaki bir tür kusur olan nitrojen-boşluk merkezlerinden yapılmış kuantum sensörlerinde spin-sıkma oluşturmak için deneyler yürütüyor.
Araştırma federal destek aldı: Ordu Araştırma Ofisi, Deniz Araştırmaları Ofisi, Enerji Bakanlığı, Savunma Bakanlığı ve Ulusal Bilim Vakfı.