Изследователи от Технологичния университет в Делфт са открили нов начин за охлаждане на радиовълните чак до тяхното квантово основно енергийно състояние. За да направят това, те използват схема, аналог на т. нар. "техника за лазерно охлаждане", която често се използва за охлаждане на атомни проби.
Устройството използва наскоро разработен метод, наречен "конюгация на фотони под налягане" (photon pressure coupling), който се смята, че може да бъде полезен за откриване на сигнали на свръхслаб магнитен резонанс (MRI) или за квантово-чувствителни приложения, които могат да помогнат при търсенето на тъмна материя. Резултатите са публикувани в Science Advances.
Радиовълните, с които обикновено се сблъскваме в ежедневието си, като тези, които слушаме в колата си или тези, които изпращат сигнали от нашите бебефони в нашата къща, са горещи: те съдържат шум, който идва от случайното движение на атомите в нещата, от които се излъчват и дори в антената, която използваме, за да ги чуем. Това е една от причините да чувате статичен звук, когато настройвате радиото в колата си на честота, която няма радиостанция.
Охлаждане на вълните
Един от начините за намаляване на този шум е охлаждането на радиовълните, например чрез охлаждане на антената, която ги приема, до температура почти до абсолютната нула. Атомите в антената вече няма да се движат толкова много и шумът ще бъде намален. Това всъщност се прави в свръхпроводящия квантов компютър, който се охлажда до 10 mK, за да предотврати трептенето на атомите, което създавава шума в GHz сигналите, с които работят тези компютри.
"Въпреки това, някои приложения, като NMR (Nuclear magnetic resonance), за откриване на тъмна материя или радиоастрономия, се интересуват от свръхслаби сигнали на мегахерцови честоти", обяснява Инес Родригес (Ines Rodrigues), изследовател от Технологичния университет в Делфт.
За тези сигнали охлаждането до 10 mK не е достатъчно. Дори при тези изключително ниски температури случайното движение на атомите в устройство или антена е достатъчно, за да добави шум към радиосигнала. За да се отървем от остатъчния шум, от съществено значение е да се охладят радиовълните още повече. Но как?
В това проучване изследователите от Делфт са открили нов начин за противодействие на шума на трептящите атоми. Използвайки схема, аналог на техниката на лазерно охлаждане, която често се използва за охлаждане на атомни облаци, авторите охлаждат сигналите на радиовълните в устройството си чак до квантовото основно състояние - състояние, когато атомите са с минимална енергия.
„Доминиращият шум, останал във веригата, се дължи само на квантовите флуктуации, шумът, който възниква от странните квантови скокове, предсказани от квантовата механика“, разказва лидерът на групата Гари Стийл (Gary Steele) от Технологичния университет в Делфт. Групата на Стийл е специализирана в квантовото наблюдение с помощта на свръхпроводящи квантови вериги.
Устройството използва наскоро разработена техника, която авторите наричат "конюгация на фотони под налягане". Предвижда се този метод да има интересни приложения за откриване на сигнали на свръхслаб магнитен резонанс (MRI). Може да се използва за много приложения за обработка на информация, включващи бързо развиващата се област на квантовите изчисления. Освен това, той може да се използва в т. нар. квантови сензорни приложения и може да подпомогне търсенето на тъмна материя, странен тип все още неоткрити частици, които биха могли да обяснят отворените въпроси в гравитацията и космологията.
Справка: I. C. Rodrigues et al, Cooling photon-pressure circuits into the quantum regime, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abg6653. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg6653
Източник: Cooling radio waves to their quantum ground state, Delft University of Technology
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари