Aumenta la fantasmagoría en la maraña de átomos

Einstein se refirió originalmente al enredo de la creación como una acción aterradora a distancia: el extraño efecto de la mecánica cuántica en el que lo que le sucede a un átomo de alguna manera influye en otro átomo en otro lugar.

El entrelazamiento está en el corazón de las tan esperadas computadoras cuánticas, simuladores cuánticos y sensores cuánticos.

Un segundo aspecto bastante aterrador de la mecánica cuántica es la deslocalización, el hecho de que un solo átomo pueda estar en varios lugares al mismo tiempo.

El grupo de Thompson combinó la naturaleza aterradora del entrelazamiento y la deslocalización para lograr un interferómetro de ondas de materia capaz de detectar aceleraciones con una precisión que excede el límite cuántico estándar (un límite en la precisión de una medición experimental a nivel cuántico) para el primer latido. .

Al duplicar la espeluznante, los futuros sensores cuánticos podrán proporcionar una navegación más precisa, explorar los recursos naturales necesarios, determinar con mayor precisión las constantes fundamentales, como la estructura fina y las constantes gravitacionales, buscar con mayor precisión la materia oscura, o tal vez incluso algún día detectar la gravedad. ondas.

Para enredar dos objetos, normalmente tienes que acercarlos mucho, mucho, para que puedan interactuar.

El grupo de Thompson ha aprendido a entrelazar miles, si no millones, de átomos, incluso cuando están separados por unos pocos milímetros o más.

Hacen esto usando luz que rebota entre espejos, llamada cavidad óptica, para permitir que la información salte entre los átomos y los una en un estado entrelazado.

Usando este enfoque único basado en la luz, crearon y observaron algunos de los estados más entrelazados jamás generados en cualquier sistema, ya sea atómico, fotónico o de estado sólido.

READ  La IA ayuda a estudiar las primeras imágenes del Telescopio Espacial James Webb • The Register

Utilizando esta técnica, el grupo diseñó dos enfoques experimentales distintos, los cuales han utilizado en su trabajo reciente.

En el primer enfoque, llamado medición cuántica sin demolición, miden previamente el ruido cuántico asociado con sus átomos y simplemente restan el ruido cuántico de su medición final.

En un segundo enfoque, la luz inyectada en la cavidad gira los átomos alrededor de un eje, un proceso en el que el ruido cuántico de cada átomo se correlaciona con el ruido cuántico de todos los demás átomos para que puedan conspirar juntos para volverse más silenciosos. .

«Los átomos son como niños que se encierran en silencio para poder escuchar acerca de la fiesta que el profesor les ha prometido, pero aquí es el enredo el que está haciendo el silencio», dice Thompson.

Uno de los sensores cuánticos más precisos y precisos de la actualidad es el interferómetro de ondas de materia.

La idea es que uno use pulsos de luz para hacer que los átomos se muevan y no se muevan simultáneamente al absorber y no absorber la luz láser.

a

Esto hace que los átomos a lo largo del tiempo estén simultáneamente en dos lugares diferentes a la vez.

Como explicó el estudiante de posgrado Chengyi Luo: «Iluminamos los átomos con rayos láser para dividir el paquete de ondas cuánticas de cada átomo en dos; en otras palabras, la partícula en realidad existe en dos espacios distintos al mismo tiempo».

Luego, los pulsos posteriores de luz láser invierten el proceso acercando los paquetes de ondas cuánticas para que cualquier cambio en el entorno, como aceleraciones o rotaciones, pueda detectarse mediante una cantidad medible de interferencia que afecta ambas partes del paquete de ondas atómicas, un Un poco como se hace con los campos de luz en los interferómetros normales, pero aquí con ondas de’Broglie, u ondas hechas de materia.

READ  Cómo la erupción de este volcán provocó varias horas de relámpagos

El equipo de estudiantes graduados de JILA descubrió cómo hacer todo esto dentro de una cavidad óptica con espejos altamente reflectantes.

Pudieron medir qué distancia viajaban los átomos a lo largo de la cavidad orientada verticalmente debido a la gravedad en una versión cuántica del experimento de gravedad de Galileo al dejar caer objetos desde la Torre Inclinada de Pisa, pero con todos los beneficios de precisión y exactitud que provienen de la mecánica cuántica.

Al aprender a operar un interferómetro de onda de materia dentro de una cavidad óptica, el equipo de estudiantes graduados dirigido por Chengyi Luo y Graham Greve pudo aprovechar las interacciones luz-materia para crear un enredo entre los diferentes átomos para crear un ambiente más silencioso y tranquilo. Medición más precisa de la aceleración debida a la gravedad.

Esta es la primera vez que alguien ha podido observar un interferómetro de ondas de materia con una precisión que supera el límite cuántico estándar de precisión establecido por el ruido cuántico de los átomos no entrelazados.

Con la precisión mejorada, investigadores como Luo y Thompson ven muchos beneficios futuros al usar el entrelazamiento como un recurso en los sensores cuánticos.

Thompson dice: «Creo que algún día podremos introducir el entrelazamiento en interferómetros de ondas de materia para detectar ondas gravitacionales en el espacio, o para búsquedas de materia oscura, cosas que prueban la física fundamental, así como dispositivos que se pueden usar para aplicaciones cotidianas como navegación o geodesia.

Con este gran avance experimental, Thompson y su equipo esperan que otros utilicen este nuevo enfoque de interferómetro entrelazado para conducir a nuevos avances en la física.

READ  Medjedovic es el mejor alumno de la Facultad de Metalurgia y Tecnología

Con optimismo, Thompson dice: «A medida que aprendemos a aprovechar y controlar todo lo que ya sabemos, ¡podremos descubrir algunas cosas nuevas y aterradoras sobre el universo en las que ni siquiera hemos pensado todavía!»

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.