Įsipainiojo 16 milijonų atomų

Kvantinis ir fizinis didelių atomų sujungimas tampa aptinkamas

Ši lazerio sistema pagamino pavienius fotonus, kurie įbrėžė atomus į kristalą. © Université de Genève
skaityti garsiai

Sujungti atomai: fizikams pavyko uždaryti 16 milijonų atomų kristaluose - taip pat įrodyti šį kvantinį ir fizinį ryšį. Jie sukūrė būdą, kaip nustatyti atomų įsitvirtinimą iš išorės, neprarandant jungties. Jaudinantis dalykas yra tai, kad tokie įsipainiojusių atomų kristalai galėtų būti naudojami kaip stiprintuvai būsimuose kvantiniuose tinkluose.

Vienas iš kvantinės fizikos srities ypatumų yra įsipainiojimas: dviejų dalelių būsenos yra sujungtos viena su kita taip, kad vienos būsenos pasikeitimas automatiškai sukelia partnerio situaciją - net jei abi dalelės yra šimto kilometrų atstumu. Šios kvantinės ir fizinės jungties pakanka net į orbitą. Didelis to pranašumas: Bet koks neteisėtas priėjimas prie informacijos, užkoduotos šiose dalelėse, yra iškart atpažįstamas.

Problema yra įrodymas

Tačiau įsipainiojimas neapsiriboja tik dviem fotonais ar atomais: teoriškai kvantinė fizika gali sujungti milžiniškus dalelių kiekius. Netgi naudojant makroskopiškai matomus objektus tai turėtų būti įmanoma. Tačiau praktiniu požiūriu tyrėjams pavyko tai aptikti tik su šimtais jonų ir iki 2900 atomų.

Problema: „Įtvirtinti dideles sistemas paprastai yra daug lengviau, nei jas įrodyti“, - aiškina Florianas Fröwisas ir jo kolegos Ženevos universitete. "Norint tiesiogiai stebėti kelių milijonų atomų ryšį, tektų surinkti ir išanalizuoti didžiulį duomenų kiekį".

Išmetamo fotono savybės atskleidžia, kad atomai yra įsipainioję į kristalą. © Fröwis ir kt. / „Nature Communications“, „CC-by-sa 4.0“

Šaltojo kristalo ir indikatoriaus fotonas

Tačiau Fr wis'ui ir jo kolegoms pavyko išspręsti šią problemą apgaule. Savo eksperimentui jie panaudojo iterbio ortosilikato kristalą (Y 2 SiO 5 ), kuris buvo legiruotas neodimio atomais. Jie atšaldė šį kristalą iki 270 laipsnių žemiau nulio ir tada jį apšvitino fotonu. Kai šis fotonas praeina per kristalą, jis sukelia sumaištį jo keliuose milijonuose atomų - tai bet kuriuo atveju yra teorija. displėjus

Norėdami tai įrodyti, tyrėjai sutelkė dėmesį į tai, ką išskiria kristalai: jei jis skleidžia tik išsklaidytą šviesą, jo atomų negalima apsiriboti, aiškina jie. Bet yra kitaip, kai krištolas skleidžia fotoną, turintį tas pačias savybes kaip ir pirminis trigerio fotonas. Kvantinė fizika daro prielaidą, kad šis poveikis gali pasireikšti tik tuo atveju, jei kristalo atomai yra apriboti atsitiktiniu fotonu.

Mažiausiai 16 milijonų atomų yra uždari

Ir iš tikrųjų: savo eksperimente fizikai užregistravo numatytą atsaką 50 nanosekundžių po fotono apšvitinimo. Sujaudinti, uždaryti kristalų atomai skleidė šio fotono „kopiją“. Remdamiesi savo matavimais, tyrėjai daro išvadą, kad mažiausiai 16 milijonų kristalų atomų turėjo būti uždaryti. Iškart po trigerio fotono absorbavimo jis galėjo būti net milijardas.

„Tai rodo, kad net didelę sumaišties gali būti patikrinta eksperimentu būdu“, - sako Fr wis ir jo kolegos. „Tai pasakytina net apie sistemas, turinčias daugiau nei dešimt milijardų atomų ir mažą remisijos efektyvumą.“ Jų aptikimo metodo principas taip pat taikomas daugelyje fizinių sistemų.

Tai ypač jaudina, nes tokie kristalai su ribotais atomais būsimuose kvantiniuose tinkluose galėtų tarnauti kaip relės. Kaip aiškina tyrėjai, sujungta atomų spinduliuotė sustiprina apšvitintos kvantinės informacijos signalą. Dėl to gali būti padidintas kvantinių signalų diapazonas, pavyzdžiui, optinio pluošto tinkluose. („Gamtos komunikacijos“, 2017)

(Ženevos universitetas, 2017 m. Spalio 16 d. - NPO)