Egyetlen atom

Kaiserslauternben és Hannoverben német fizikusok sikeresen használtak fel egyetlen cézium-atomot ultrahideg hőmérséklet érzékelésére. A kvantumállapotok felhasználásával, az érzékelővel összegyűjtötték a környezeti légnyomás és hőmérséklet bizonyos paramétereit. A csapat mérte az atom perdületének vagy spinjének adatait. A felfedezés, amelyet nemrég tettek közzé a Physical Review X kiadványban, hasznos lehet a kvantumrendszerek jövőbeni interferencia-mentes vizsgálatai során.

Dr. Artur Widera és csapata kvantumrendszereket vizsgál a kaiserslauterni Technische Universität (TUK) laborjában, ahol megfigyelték az egyes cézium-atomokat rubídium-gázban, amelynek hőmérséklete megközelítette az abszolút nulla fokot. A tudósok bámulatos módon, képesek voltak hőmérsékletet mérni az abszolút nulla fok feletti egy fok, egymilliárdod részéig. A kutatás során megvizsgálták, hogy a cézium-atom spin állapota felhasználható-e információgyűjtésre. Dr. Widera elmondásában: “A spin kifejezés egy atom belső perdületére utal. A céziumban hét különféle irányban valósulhat meg spin.” A kutatás a gáz hőmérsékletére fókuszált.

Amikor egyetlen cézium-atomot adtak a rubídiumgázhoz, az ütközéshez vezetett a rubídiumatomokkal. Dr. Quentin Bouton a kutatás vezető tudósa elmondta:

"Ez az ütközés lehetővé teszi az atomok közötti perdület cseréjét, amíg a spin egyensúlya meg nem valósul. És ha ezt az egyensúlyt elérték, a spin mérésével meg tudjuk határozni a hőmérsékletet.

“Valójában a kvantumérzékelők alapvető korláttal rendelkeznek az egyensúlyi érzékenységükben. A cézium és a rubídium közötti kölcsönhatásokról azonban előre rendelkeztünk információval, így nem kellett várnunk, amíg a céziumatom egyensúlyba került a rubídiumgázzal. Csak három spin-cserére, vagyis három atom-ütközésre volt szükség, hogy eredményt kapjunk. Ez szignifikánsan érzékenyebb mérést jelent, mint ami a klasszikus szenzorokkal lehetséges volt idáig.

Új mérőrendszer

A kaiserslauterni kutatók új mérőrendszere közel tízszer érzékenyebb, mint amit a fundamentális kvantumkorlát megkövetel, ugyanakkor ez viszont csak a három kvantumra korlátozza a rubídiumgáz perturbációját. Fontos, hogy az érzékeny kvantumrendszerek mérése a lehető legkevesebb zavarral járjon. Dr. Widera rámutatott:

"Ez az első alkalom, amikor egyetlen atomot használunk olyan érzékelőként, amely kvantuminformációt használ és lényegesen hatékonyabb, mint egy klasszikus érzékelő."

A csapat mágneses mezőkkel is kipróbálta a módszert, hogy meghatározzák, hogyan befolyásolja a mágneses állapotokat. Reméljük, hogy ez segíthet a rendkívül érzékeny kvantumrendszerek további kutatásában, és pozitív eredményeket hozhat kevés vagy semmilyen destruktív behatás mellett.

(Forrás: IntelligentLiving Képek: Unsplash, Pixabay, Pikrepo)

[/keretes_doboz]