Благодарение на квантовите сензори учените могат да измерват неща, които преди са изглеждали невъзможни: вибрациите на атомите, свойствата на отделните фотони, флуктуациите, свързани с гравитационните вълни. Квантовата механика дава възможност да се създаде "спинова компресия" в даден материал. Това е обещаващ метод, който може значително да подобри точността на най-чувствителните квантови сензори в света, но прилагането му е изключително сложно.
В ново изследване физиците описват как са успели да направят спиновата компресия по-достъпна.
Спиновата компресия е форма на квантово вплитане, която ограничава осцилациите на съвкупност от частици. Това позволява по-точни измервания на някои наблюдавани сигнали.
Но точността на измерванията на допълнителни сигнали спада.
Една взаимосвързана система е като непълно надут балон. Балонът символизира неопределеността, присъща на всяко квантово измерване. Учените "компресират" тази неопределеност, височината се увеличава, но ширината намалява. Балонът променя формата си на елипса и чувствителността на измерванията на един вид сигнал се увеличава.
Изследователите на квантовото вплитане са приели, че свиването на спина е възможно само в системи с "взаимодействия всеки със всеки". Наскоро обаче международен екип от учени показа, че тя може да се прояви и в локално взаимодействащи системи от плоски магнити.
Работата на екипа от Харвард се основава на забележителна статия от 1993 г., в която за първи път се описва възможността за създаване на компресираното спиново състояние чрез взаимодействие "всеки със всеки" (all-to-all) между атоми. Този тип вплитане лесно позволява натрупването на квантовомеханичните корелации, необходими за създаването на компресираното спиново състояние. В природата обаче атомите обикновено си взаимодействат по такъв начин, че взаимодействат само с няколко съседни атома в даден момент.
Изследователите описват нова стратегия за създаване на спин-компресирано вплитане. Те предполагат и бързо потвърждават с експерименти, че всички необходими елементи и условия за спиново компресиране присъстват в един общ вид магнетизъм - феромагнетизма. Той не изисква екстремни условия, среща се в природата и е отговорен за привличането на магнити към стомана.
Данните потвърждават, че за постигането на спиново компресиране не са необходими взаимодействия от типа "всеки със всеки". Освен това, ако спиновете са свързани достатъчно добре, за да се синхронизират в магнитно състояние, спиновото уплътняване може да се генерира динамично.
Изследователите са оптимистично настроени. Спиновата компресия прави възможни по-преносими сензори за биомедицински изображения и атомни часовници.
"Квантовата механика може да подобри способността ни да измерваме много слаби сигнали", коментира Норман Яо (Norman Yao), професор по физика и автор на новата статия за спиновата компресия в Nature Physics. "Показахме, че е възможно да се получи такава квантово подобрена метрология в много по-широк клас системи, отколкото се смяташе досега."
Следващата стъпка ще бъдат експерименти за създаване на спинова компресия в квантови сензори, базирани на дефект в кристалната структура на диаманта. Аналог на спиновата компресия е използван за увеличаване на чувствителността на детекторите за гравитационни вълни в експеримента LIGO, който спечели Нобелова награда през 2017 г.
Справка: Block, M., Ye, B., Roberts, B. et al. Scalable spin squeezing from finite-temperature easy-plane magnetism. Nat. Phys. (2024). https://doi.org/10.1038/s41567-024-02562-5
Източник: Spin squeezing for all, Harvard University
Още по темата
Човекът
Вплитането на фотоните може да обясни бързите мозъчни сигнали, които са в основата на съзнанието
Човекът
Нервните влакна в мозъка могат да генерират квантово вплитане
Физика
Времето може да е илюзия, създадена от квантовото вплитане
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари