अधिक प्रभावी क्वांटम सेंसर बनाने के लिए, जेआईएलए के शोधकर्ताओं की एक टीम ने पहली बार क्वांटम यांत्रिकी के दो "सबसे डरावने" पहलुओं को मिला दिया है: परमाणुओं के बीच उलझाव और परमाणुओं का निरूपण।
उलझाव का अजीब प्रभाव है क्वांटम यांत्रिकी जिसमें एक परमाणु के साथ जो होता है वह किसी न किसी तरह दूसरे परमाणु को प्रभावित करता है। क्वांटम यांत्रिकी का दूसरा बल्कि डरावना पहलू डेलोकलाइज़ेशन है, यह तथ्य कि एक परमाणु एक साथ एक से अधिक स्थानों पर हो सकता है।
इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने दोनों के डरावनेपन को संयुक्त किया नाज़ुक हालत और एक पदार्थ-लहर इंटरफेरोमीटर बनाने के लिए डेलोकलाइज़ेशन जो मानक क्वांटम सीमा को पार करने वाली सटीकता के साथ त्वरण को समझ सकता है। भविष्य क्वांटम सेंसर अधिक सटीक नेविगेशन प्रदान करने, आवश्यक प्राकृतिक संसाधनों की खोज करने, ठीक संरचना और गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक जैसे मौलिक स्थिरांक को अधिक सटीक रूप से निर्धारित करने में सक्षम होंगे, खोज करेंगे काले पदार्थ अधिक सटीक, और शायद पता भी लगाएँ गुरुत्वाकर्षण लहरों एक दिन डरावनापन तेज करके।
शोधकर्ताओं ने उलझाव के लिए दर्पणों के बीच प्रकाश की उछाल का उपयोग किया, जिसे ऑप्टिकल कैविटी कहा जाता है। इसने सूचनाओं को परमाणुओं के बीच कूदने और उन्हें उलझी हुई अवस्था में बुनने की अनुमति दी। इस विशेष प्रकाश-आधारित तकनीक का उपयोग करते हुए, उन्होंने किसी भी प्रणाली में उत्पन्न कुछ सबसे घनी उलझी हुई अवस्थाओं का निर्माण और अवलोकन किया है, चाहे वह परमाणु, फोटोनिक या ठोस अवस्था हो। इस तकनीक का उपयोग करते हुए, समूह ने दो अलग-अलग प्रयोगात्मक दृष्टिकोण तैयार किए, जिनका उपयोग उन्होंने अपने हाल के काम में किया।
पहली विधि में, जिसे क्वांटम नॉनडिमोलिशन माप के रूप में भी जाना जाता है, वे अपने परमाणुओं से जुड़े क्वांटम शोर को पहले से मापते हैं और फिर उस माप को समीकरण से बाहर निकालते हैं। प्रत्येक परमाणु का क्वांटम शोर दूसरी विधि में एक-अक्ष घुमा के रूप में जानी जाने वाली प्रक्रिया द्वारा अन्य सभी परमाणुओं के क्वांटम शोर के साथ सहसंबद्ध हो जाता है, जहां प्रकाश को गुहा में अंतःक्षिप्त किया जाता है। यह परमाणुओं को शांत होने के लिए एक साथ काम करने की अनुमति देता है।
जिला और एनआईएसटी फेलो जेम्स के थॉम्पसन ने कहा, "परमाणु ऐसे हैं जैसे बच्चे चुप रहने के लिए एक-दूसरे को चुप कराते हैं ताकि वे उस पार्टी के बारे में सुन सकें जो शिक्षक ने उनसे वादा किया है, लेकिन यहां यह उलझाव है जो शश करता है।"
मैटर-वेव इंटरफेरोमीटर
मैटर-वेव इंटरफेरोमीटर आज सबसे सटीक और सटीक क्वांटम सेंसर में से एक है।
स्नातक छात्र चेंगयी लुओ ने समझाया, "विचार यह है कि कोई व्यक्ति प्रकाश की स्पंदों का उपयोग परमाणुओं को एक साथ गति करने के लिए करता है और अवशोषित और अवशोषित नहीं होने के कारण हिलता नहीं है" लेज़र रोशनी। इससे परमाणु समय के साथ एक साथ दो अलग-अलग जगहों पर एक साथ हो जाते हैं।"
"हम परमाणुओं पर लेजर बीम चमकते हैं, इसलिए हम प्रत्येक परमाणु के क्वांटम तरंग पैकेट को दो में विभाजित करते हैं, दूसरे शब्दों में, कण एक साथ दो अलग-अलग जगहों में मौजूद होता है।"
बाद में लेज़र लाइट के पल्स प्रक्रिया को उलट देते हैं, क्वांटम वेव पैकेट को एक साथ वापस लाते हैं, जिससे पर्यावरण में किसी भी बदलाव की अनुमति मिलती है, जैसे कि त्वरण या घुमाव, परमाणु तरंग पैकेट के दो घटकों के बीच एक बड़े पैमाने पर बड़े हस्तक्षेप से महसूस किया जा सकता है, जैसे पारंपरिक इंटरफेरोमीटर में प्रकाश क्षेत्रों के साथ किया जाता है, लेकिन यहां डी ब्रोगली तरंगों या पदार्थ से बनी तरंगों के साथ किया जाता है।
शोध दल ने निर्धारित किया कि इस काम को अत्यधिक प्रतिबिंबित दर्पण वाले ऑप्टिकल गुहा के अंदर कैसे बनाया जाए। वे माप सकते थे कि परमाणु ऊर्ध्व-उन्मुख गुहा के साथ कितनी दूर गिरे थे? गंभीरता गैलीलियो के गुरुत्वाकर्षण प्रयोग के क्वांटम संस्करण में पीसा के लीनिंग टॉवर से वस्तुओं को गिराना, लेकिन सटीक और सटीकता के सभी लाभों के साथ जो क्वांटम यांत्रिकी से आता है।
चेंगई लुओ और ग्राहम ग्रीव के नेतृत्व में स्नातक छात्रों का समूह तब द्वारा बनाई गई उलझन का उपयोग करने में सक्षम था प्रकाश-पदार्थ परस्पर क्रिया गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण का अधिक चुपचाप और सटीक रूप से पता लगाने के लिए एक ऑप्टिकल गुहा के अंदर एक पदार्थ-तरंग इंटरफेरोमीटर बनाने के लिए। यह पहला उदाहरण है जिसमें मैटर-वेव इंटरफेरोमीटर को सटीकता के स्तर पर देखा गया है जो कि असंबद्ध परमाणुओं के क्वांटम शोर द्वारा लगाए गए विशिष्ट क्वांटम सीमा से अधिक है।
थॉमसन कहा, "उन्नत परिशुद्धता के लिए धन्यवाद, लुओ और थॉम्पसन जैसे शोधकर्ता क्वांटम सेंसर में संसाधन के रूप में उलझन का उपयोग करने के लिए कई भविष्य के लाभ देखते हैं। मुझे लगता है कि एक दिन हम अंतरिक्ष में गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के लिए या डार्क मैटर की खोजों के लिए मैटर-वेव इंटरफेरोमीटर में उलझाव का परिचय देने में सक्षम होंगे - ऐसी चीजें जो मौलिक भौतिकी की जांच करती हैं, साथ ही ऐसे उपकरण जो रोजमर्रा के अनुप्रयोगों जैसे कि नेविगेशन या के लिए उपयोग किए जा सकते हैं। भूगणित।"
"इस महत्वपूर्ण प्रयोगात्मक प्रगति के साथ, थॉम्पसन और उनकी टीम को उम्मीद है कि अन्य लोग भौतिकी के क्षेत्र में अन्य प्रगति के लिए इस नए उलझे हुए इंटरफेरोमीटर दृष्टिकोण का उपयोग करेंगे। हम पहले से ही जानते हैं कि सभी डरावनी चीजों का दोहन और नियंत्रण करना सीखकर, शायद हम ब्रह्मांड के बारे में नई डरावनी चीजों की खोज कर सकते हैं जिनके बारे में हमने अभी तक सोचा भी नहीं है!
जर्नल संदर्भ:
- ग्राहम पी। ग्रीव एट अल।, एक उच्च-चालाकी गुहा में एंटांगलमेंट-एन्हांस्ड मैटर-वेव इंटरफेरोमेट्री, प्रकृति (2022)। DOI: 10.1038/s41586-022-05197-9
