19 ژانویه 2024- فعل و انفعالات کوانتومی-© shutterstock/kakteen
محققان انشگاه رایس با موفقیت 30 برابر با استفاده از دماهای فوق سرد و طول موج های لیزری برهمکنش های کوانتومی را در یک سیستم آزمایشی طولانی کردند تا یک «تله جادویی» تولید کنند که به تاخیر در شروع ناهمدوسی کمک کرد.فعل و انفعالات کوانتومی نوید محاسبات سریعتر، توسعه داروها و کاربردهای حسی جدید را می دهد. با این حال، مطالعه تجربی آنها دشوار است، زیرا بیشتر سیستم‌ها فقط می‌توانند اثرات کوانتومی را برای مدت کوتاهی حفظ کنند.
کادن هازارد، دانشیار فیزیک و نجوم در دانشگاه رایس و نویسنده مرتبط این مطالعه گفت: «دلیل اینکه ویژگی‌های اسرارآمیز فیزیک کوانتومی به سرعت ناپدید می‌شوند، فرآیندی به نام decoherence است.
هرچه سیستم بزرگتر باشد و جفت شدن با محیط اطراف بزرگتر باشد، سیستم بیشتر به شکل کلاسیک و غیر کوانتومی رفتار می کند ⎯ و شما توانایی خود را برای بررسی چیزها در سطح کوانتومی از دست می دهید.”
این تحقیق، “همدوسی چرخشی در مقیاس دوم و برهمکنش های دوقطبی در گازی از مولکول های قطبی فوق سرد” در Nature Physics منتشر شد.
این مطالعه اولین نمایش تجربی در نوع خود است و عرصه جدیدی برای مطالعه برهمکنش‌های کوانتومی فراهم می‌کند.
گروه سایمون کورنیش در دپارتمان فیزیک دانشگاه دورهام با هازارد و گروهش در رایس همکاری کردند تا مولکول ها را تا یک میلیارد بار زیر دمای اتاق خنک کنند تا یک سیستم مکانیکی کوانتومی منحصر به فرد ایجاد کنند.سپس آنها مولکول‌ها را تنظیم می‌کنند تا فعل و انفعالات کوانتومی را به صورت مکانیکی بچرخانند – وضعیتی مشابه مولکول‌هایی که همزمان در جهت عقربه‌های ساعت و خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخند – با استفاده از تشعشعات مایکروویو.
کورنیش توضیح داد: «وقتی اتم‌ها یا مولکول‌ها را در این دماهای بسیار پایین خنک می‌کنید، می‌توانید آنها را با نور کنترل کنید.می‌توانید از لیزر برای فشار دادن به اتم‌ها استفاده کنید و آنها را به جایی که می‌خواهید برسانید. همچنین می‌توانید از لیزر برای به دام انداختن یا نگه‌داشتن آنها استفاده کنید و سطحی از دقت و کنترل را به شما می‌دهد که در حالت عادی نداشتید.»
به طور کلی، انسجام این رفتار چرخشی در مولکول های فوق سرد در مدت زمان بسیار کوتاهی از بین می رود.
پیش از این، طولانی‌ترین حالت کوانتومی ثبت شده مولکول‌های در حال چرخش با 1/20 ثانیه اندازه‌گیری می‌شد.
محققان از کار نظری سوتلانا کوتوچیگووا از دانشگاه تمپل الهام گرفتند که نشان می دهد یک طول موج “جادویی” خاص از نور می تواند برهمکنش های کوانتومی را برای مدت طولانی تری حفظ کند.
هنگامی که این گروه این نظریه را در آزمایشگاه به عنوان یک تکنیک آزمایشی جدید به کار بردند، یک تله جادویی ایجاد کردند که مولکول ها را برای مدت زمان قابل توجهی در حال چرخش مکانیکی کوانتومی نگه می داشت.در حالی که هازارد فکر می‌کرد که این تله لیزری جادویی ممکن است انسجام کوانتومی را دو یا سه برابر افزایش دهد، از اینکه دید مولکول‌ها را تقریباً 1.5 ثانیه در حال چرخش یکنواخت نگه می‌دارد شوکه شد، یعنی 30 برابر.
او گفت: «در حالی که من از کارکرد آن متعجب نیستم، اما قطعاً از اینکه چقدر خوب کار می کند شگفت زده هستم.
او نتیجه گرفت: «اگرچه فعل و انفعالات کوانتومی چیز بسیار عجیبی به نظر می رسد، اما در واقع عامل چیزهایی هستند که ما هر روز می بینیم، از نحوه هدایت الکتریسیته فلزات گرفته تا نحوه تولید همجوشی توسط خورشید.
اگر می‌خواهید مواد جدید، حسگرهای جدید یا سایر فناوری‌های کوانتومی بسازید، باید آنچه را که در سطح کوانتومی اتفاق می‌افتد، درک کنید و این تحقیق گامی در جهت دستیابی به بینش‌های جدید است.»
