_ Crearea de rețele încurcate cuantice de ceasuri atomice și accelerometre

Cercetătorii afiliați centrului de cercetare cuantică Q-NEXT arată cum să creeze rețele cuantice de ceasuri atomice și accelerometre – și demonstrează performanța superioară, de înaltă precizie a instalației.

Pentru prima dată, oamenii de știință au încurcat atomi pentru a fi utilizați ca senzori cuantici în rețea, în special, ceasuri atomice și accelerometre.

Configurația experimentală a echipei de cercetare a dat măsurători ultraprecise ale timpului și ale accelerației. În comparație cu o configurație similară care nu se bazează pe întricarea cuantică, măsurătorile lor de timp au fost de 3,5 ori mai precise, iar măsurătorile de accelerație au prezentat o precizie de 1,2 ori mai mare.

Rezultatele sunt publicate în Nature. Cercetarea a fost efectuată de oamenii de știință de la Universitatea Stanford, Universitatea Cornell și Laboratorul Național Brookhaven al DOE.

„Impactul utilizării încurcăturii în această configurație a fost că a produs o performanță mai bună a rețelei de senzori decât ar fi fost disponibilă dacă încrucișarea cuantică. nu au fost folosite ca resursă”, a spus Mark Kasevich, autorul principal al lucrării, membru al Q-NEXT, William R. Kenan, profesor Jr. la Școala de Științe Umaniste și Științe din Stanford și profesor de fizică și fizică aplicată. . „Pentru ceasurile atomice și accelerometre, a noastră este o demonstrație de pionierat.”

O mai mare sensibilitate a ceasurilor atomice și accelerometrelor ar duce la sisteme de cronometrare și navigație mai precise, cum ar fi cele utilizate în sistemele de poziționare globală, în apărare și în comunicaţiile difuzate. Ceasurile ultraprecise sunt folosite și în finanțe și tranzacționare.

„GPS-ul îmi spune unde mă aflu la aproximativ un metru în acest moment”, a spus Kasevich. „Dar dacă aș vrea să știu unde mă aflu în 10 centimetri? Acesta este impactul unui ceas mai bun.”

Se poate marca trecerea timpului numărând numărul de impulsuri dintr-un electromagnetic. flutură, la fel cum ai număra ticurile unui ceas. Dacă știi că o anumită undă pulsează de 6 miliarde de ori pe secundă, știi că, odată ce numări 6 miliarde de creste ale valului, a trecut o secundă. Deci, cunoașterea frecvenței exacte a unui cuptor cu microunde oferă o modalitate precisă de a urmări timpul.

Atomii de rubidiu, prinși în interiorul unei cavități, sunt separați în două grupuri de aproximativ 100.000 de atomi fiecare. Grupurile stau între două oglinzi. Lumina este făcută să sară înainte și înapoi între oglinzi, urmărindu-și drumul prin grupurile de atomi la fiecare fotografie. Lumina care ricoșează îi încurcă.

Un cuptor cu microunde se răspândește prin cele două grupuri de atomi. Atomii care se întâmplă să rezoneze cu frecvența specială a cuptorului cu microunde răspund prin schimbarea într-o stare diferită, cum ar fi paharul de vin care vibrează atunci când o soprană atinge doar nota potrivită.

În mod similar, atunci când o anumită accelerație este aplicată asupra grupele atomice, o parte a atomilor din fiecare grup răspunde prin schimbarea stării.

Cele două grupuri atomice încurcate se comportă ca două fețe ale unui singur ceas sau două citiri ale unui accelerometru.

Echipa de cercetare a măsurat numărul de atomi care și-au schimbat starea – cei care vibrau ca un pahar de vin – în fiecare grup.

Apoi au folosit numerele pentru a calcula diferența dintre frecvențele microundelor aplicate la două grupuri și, prin urmare, diferența dintre citirile de timp sau accelerație ale grupurilor.

Echipa Kasevich a descoperit că încurcarea îmbunătățește precizia diferenței de frecvență sau accelerație citite de afișaje.

În configurația lor, măsurarea timpului în două locații a fost de 3,5 ori mai mare Este exact când ceasurile au fost încurcate decât dacă ar funcționa independent. Pentru accelerație, măsurarea a fost de 1,2 ori mai precisă cu încurcare.

Impact

„Dacă vrei să știi cât durează ceva, s-ar putea să te uiți la un ceas ca punct de plecare și apoi să alergi în altă cameră pentru a te uita la un alt ceas, punctul final”, a spus Kasevich. „Metoda noastră exploatează principiul încurcăturii pentru a face acea comparație cât mai precisă posibil.”

Cercetătorii au reușit, de asemenea, să reușească patru grupuri de atomi în patru locații separate folosind această configurație.

În această configurație. Experimentul echipei, cele două grupuri de atomi au fost separate cu aproximativ 20 de micrometri, aproape de lățimea medie a unui fir de păr uman.

Munca lor înseamnă că timpul sau accelerația pot fi comparate, cu o sensibilitate fără precedent, între patru separate. , deși apropiate, locații.

„În viitor, vrem să le împingem la distanțe mai mari. Lumea vrea ceasuri a căror oră poate fi comparată. Este la fel și cu accelerometrele. Există configurații de detectare. unde doriți să puteți citi diferența în accelerația unui grup față de altul. Am putut arăta cum să facem asta", a spus Kasevich.

"Acesta este un tur de forță rezultat de la Mark și echipa sa”, a declarat directorul adjunct al Q-NEXT JoAnne Hewett, care este și Națiunea SLAC al Accelerator Laboratory director asociat de fizică fundamentală și ofițer șef de cercetare, precum și profesor de fizică a particulelor și astrofizică la Stanford. „Aceasta înseamnă că putem valorifica încrucișarea pentru a dezvolta senzori care sunt mult mai puternici decât cei pe care îi folosim astăzi. Suntem încă un pas mai aproape de a folosi fenomene cuantice pentru a ne îmbunătăți viața de zi cu zi.”

Ce este întricarea cuantică? Cum se aplică senzorilor?

(Fluierul)