Дослідники виявили простий, але потужний спосіб захисту атомів від втрати інформації - ключовим завданням у розробці надійних квантових технологій.
Сяючи єдиний, ретельно налаштований лазерний промінь на газі атомів, їм вдалося зберегти внутрішні спіни атомів синхронізованими, різко знижуючи швидкість, з якою втрачається інформація. У квантових датчиках та системах пам'яті атоми часто втрачають магнітну орієнтацію - або "спін" -, коли вони стикаються між собою або зі стінами їх контейнера.
Це явище, відоме як спін -розслаблення, сильно обмежує продуктивність та стабільність таких пристроїв. Традиційні методи протидії йому вимагають роботи в надзвичайно низьких магнітних полях та використання грошового магнітного екранування.
Новий метод повністю підтримує ці обмеження. Замість магнітного екранування системи, вона використовує світло для тонкого зміщення рівнів атомної енергії, вирівнюючи спіни атомів і зберігаючи їх у синхронізації, навіть коли вони рухаються та стикаються. Це створює більш стійкий стан спіну, який, природно, захищений від декогерентності.
У лабораторних експериментах з теплою парою цезію методика знизила спіновий розпад на 10 і значно покращила магнітну чутливість. Цей прорив демонструє, що один промінь світла може продовжити час узгодженості атомних спінів, відкривши двері до більш компактних, точних та надійних квантових датчиків, магнітометрів та пристроїв пам'яті.
Команда фізиків з кафедри прикладної фізики та Центру нанонауки та нанотехнологій у співпраці зі школою прикладної та інженерної фізики в університеті Корнелла представила новий метод, щоб захистити атомні спіни та наполегливість технологій, оприлюднила новий потужний метод, щоб захистити атомні спіни та наполегливість.
Дослідження "Оптичний захист луків - атомів металів із спіно -релаксації" Аврахама Берребі, Марка Дікопольсев, професора Орі Каца (івритський університет) та професор або Кац (Університет Корнелла), опубліковано вЛисти фізичного оглядуі може потенційно революціонізувати поля, що залежать від магнітного зондування та атомної узгодженості.
Атоми з непарними електронами -, наприклад, у парі цезій - мають властивість "спін", сильно взаємодіяти з магнітними полями і тому можуть бути використані для ультра - чутливих вимірювань магнітних полів, гравітації та навіть мозкової активності. Але ці спіни, як відомо, крихкі.
Навіть найдрібніші порушення з навколишніх атомів або стінок контейнерів можуть призвести до втрати орієнтації, процес, відомий як спін -розслаблення. До цих пір захист цих спінів від таких перешкод вимагає складних налаштувань або працював лише в дуже конкретних умовах. Новий метод це змінює.
Лазерне світло як щит
Дослідники розробили методику, яка використовує єдиний, точно налаштований лазерний промінь для синхронізації прецесії атомних спінів у магнітному полі -, навіть коли атоми постійно стикаються між собою та їх оточенням.
Уявіть собі сценарій, коли сотні крихітних прядильних вершин обмежені в коробці. Зазвичай взаємодія між цими вершинами може порушити їх спінові конфігурації, внаслідок чого вся система випадає з синхронізації. Цей ефект стає набагато більш домінуючим у високих магнітних полях, коли вершини обробляють і змінюють свою орієнтацію набагато швидше.
Однак конкретний метод використовує світло для підтримки синхронізації всередині системи. Звертаючись до відмінностей у різних конфігураціях спіну, світло ефективно підтримує всі вершини, що крутяться в гармонії, запобігаючи розладу та сприяючи спільній поведінці серед обертальних утворень, навіть на високих магнітних полях. Цей підхід підкреслює захоплюючу взаємодію між світлим та атомним динамікою спіну.
Дослідники досягли дев'яти - поліпшення складання в те, як довго атоми цезію підтримували свою спінову орієнтацію. Примітно, що цей захист працює навіть тоді, коли атоми відбиваються від спеціальної анти - релаксації - стінки з покритими клітинками та переживають часті внутрішні зіткнення.
Реальний - світовий потенціал
Ця методика може значно покращити пристрої, які покладаються на атомні спіни, включаючи:
Квантові датчики та магнітометри, що використовуються в медичній візуалізації, археології та дослідженні простору
Точні навігаційні системи, які не покладаються на GPS
Квантові інформаційні платформи, де стабільність спіну є ключовою для зберігання та обробки інформації
Оскільки метод працює в "теплих" середовищах і не потребує екстремального охолодження або складного налаштування поля, це може бути більш практичним для реальних - світових додатків, ніж існуючих підходів.
"Цей підхід відкриває нову главу захисту квантових систем від шуму", - сказали дослідники. "Використовуючи природний рух атомів і використовуючи світло як стабілізатор, тепер ми можемо зберегти узгодженість у більш широкому діапазоні умов, ніж будь -коли раніше".
Дослідження ґрунтується на десятиліттях роботи в атомній фізиці, але це просте, елегантне рішення - з використанням світла для координації атомів - - стрибок вперед. Це може прокласти шлях до більш надійних, точних та доступних квантових технологій найближчим часом.
