Szinte megtörhetetlen kvantum-összefonódás
2020 / 05 / 26 / justin.viktor
Szinte megtörhetetlen kvantum-összefonódás
Mi történik itt emberek? A múlt héten összefonódik néhány qubit szobahőmérsékleten femtoszekundumokra, most pedig itt a kísérlet 15 trillió összefonódott atommal, 177 Celsius fokon, ami 1 milliszekundumig fennáll? Dobálózunk a milliós szorzókkal? Mi vár ránk a jövő héten?!

Forró és rendetlen összefonódás.

A kvantumtechnológa az összefonódást használja a klasszikus technológiák felülmúlásához, és eddig többnyire erőteljes hűtést és szigetelést alkalmaztak annak érdekében, hogy az összefonódott entitásokat megóvják a véletlenszerű interakciók nyomán fellépő dekoherenciától (szétfonódástól).

Egy új tanulmányban a Barcelonában található Tudományos és Technológiai Intézet Fotontudományi Intézetének (ICFO) fizikusai most 15 billió atomnyi óriási összefonódott állapot előállításáról számoltak be, amely segít az orvosi kutatóknak az agy túlságosan gyenge mágneses jeleinek felismerésében.

A fizikusok azzal kezdték, hogy 177 Celsius fok közelébe hevítették az atomokat, ami milliószor melegebb hőmérséklet, mint a legtöbb, eddig a kvantumtechnológiához használt atom hőmérséklete.

Ezzel aztán minden egyes atomot elkülönítettek, csak néhány mikroszekundumonként ütköztek egymással, és minden egyes ütközés véletlenszerű irányokba perdítette az elektronjaikat.

A lézer segítségével a tudósok megfigyelték ennek a forró és kaotikus gáznak a mágneseződését. A mágneseződést az atomok forgó elektronjai okozták, ami egyben új megközelítést is kínál az ütközések hatásának tanulmányozására és az összefonódások kimutatására.


Az üvegcella képe, ahol a fém rubídiumot nitrogéngázzal keverik és 176 Celsius fokig melegítik. Ezen a magas hőmérsékleten a fém elpárolog, szabad rubidium atomokat képezve, amelyek diffundálnak az üvegcella belsejében. (Kép: ICFO)

Szétfonhatatlanság

A tudósok megdöbbentő módon, óriási számú összefonódott atomot találtak, mintegy százszor többet, mint amennyit valaha megfigyeltek, sőt, “nem helyi” összefonódást tapasztaltak, azaz az érintett atomok nem voltak közel egymáshoz. Bármely két összefonódott részecske között ezer más atom volt, amelyek közül sok még egyéb más atomokkal is össze volt fonódva, egy gigantikus, forró és rendetlen összefonódott állapotban.

Jia Kong, a tanulmány első szerzője így mesélt a tapasztaltakról:

„Azt láttuk, hogy ha leállítjuk a mérést, akkor az összefonódás körülbelül egy milliszekundumra megmarad, ami azt jelenti, hogy másodpercenként 1000-szer, újabb 15 trillió atom került összefonódott állapotba."

Gondoljunk csak bele, hogy 1 ms milyen nagyon hosszú idő az atomokat érintő események világában, elég hosszú ahhoz, hogy körülbelül ötven véletlenszerű ütközés is bekövetkezzen. Ez ráadásul azt is egyértelműen megmutatja, hogy ezek a véletlenszerű események nem pusztítják el az összefonódást. Ez talán a kísérlet legmeglepőbb eredménye."

A tudósok szerint  „Ennek a forró és rendetlen összefonódott állapotnak a megfigyelése előkészíti az utat az ultraérzékeny mágneses mezők detektálásához. Például a magnetoenkefalográfia (mágneses agyi képalkotás) során az érzékelők új generációja ugyanezeket a forró, nagy sűrűségű atomi gázokat használja fel az agyi tevékenység által generált mágneses mezők kimutatására."


Atomfelhő művészi ábrázolása sárga-kék vonalakkal jelzett, egymással összefonódó részecskepárokkal. (Kép: ICFO)

Ahogy Morgan Mitchell, az ICFO és az ICREA fizika professzora kijelenti:

"Reméljük, hogy egy ilyen óriási összefonódott állapot jobb érzékelő-teljesítményhez vezet a gyakorlati alkalmazásokban, kezdve az agyi képalkotástól az önjáró autókig és a sötét anyag megtalálásáig."

Ebben a rendszerben bármely atom sok véletlenszerű ütközésen megy keresztül a szomszédos atomokkal, így az ütközések a lehető legkritikusabb hatást gyakorolják az atom állapotára. Ezenkívül, mivel az atomok forró közegben, nem pedig ultrahideg közegben vannak, az ütközések gyorsan véletlenszerűvé teszik az elektronok spinjét bármely adott atomban. A kísérlet meglepő módon azt mutatja, hogy ez a fajta zavar nem szakítja meg az összefonódott állapotokat, csupán átadja az összefonódást az egyik atomról a másikra.

(Forrás: Nature Képek: ICFO)

Ha tetszett ez a cikk, kövess minket a Facebookon is!


 


Ezek is érdekelhetnek

Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.