Susietosios kvantinės būsenos padeda aptikti vienetinius fotonus

Detection of Single Photons
1/52/53/54/55/5
4.50/5 (2)
loadingLoading...

 Naujai paskelbtame tyrime,  fizikai iš Insbruko universiteto atskleidžia vienetinio atspindėto fotono matavimo dideliu jautrumu metodą, naudodami susietąsias jonų būsenas, kad sustiprintų mažą postūmį, įgaunamą dėl fotono atspindėjimo .

Kvantinės fizikos specialistų komanda, vadovaujama Christian Roos’o ir Cornelius Hempelis’o sukūrė ypatingai jautrų atomų ir molekulių analizės spektroskopijos metodą. Šis metodas gali būti naudojamas kruopščiam įvairių dalelių  studijavimui. Mokslininkai paskelbė savo išvadas žurnale Nature Photonics.

Beveik prieš 200 metų, Bavarijos fizikas Joseph von Fraunhofer saulės spektre atrado tamsias linijas. Vėliau buvo atrasta, kad šios spektrinės linijos leidžia daryti išvadą apie saulės atmosferos cheminę sudėtį ir temperatūrą. Šiandien panašiu būdu iš šviesos matavimų mes galime gauti informaciją apie įvairiausius objektus. Nežiūrint, kad dažnai  tam užtenka labai mažai šviesos, fizikai vistiek ieško dar jautresnių spektroskopijos metodų. Ypatingais atvejais, viena šviesos  dalelė – fotonas, turi būti patikimai išmatuotas, o tai yra techniškai sudėtinga.

Taigi, fizikai iš Kvantinės Optikos ir Kvantinės Informacijos (IQOQI) instituto prie Austrijos mokslų akademijos ir Insbruko universiteto Eksperimentinės fizikos instituto ėmėsi užduoties naudodami  kvantine logika besiremiantį spektroskopijos metodą.

 Metodas buvo sukurtas Nobelio premijos laureato David Wineland grupėje prieš keletą metų kuriant labai tikslius atominius laikrodžius. Tai vienas iš pirmųjų kvantinės informacijos apdorojimo praktinių pritaikymų, ir per ateinančius kelerius metus, gali sąlygoti naują sekundės apibrėžimą tarptautinėje vienetų sistemoje.

Matavimas per susietas kvantines būsenas

Detection-of-Single-Photons
Kaip kvantinė švytuoklė „Jonai sūpuojasi abiem kryptimis tuo pačiu metu. Iliustracija: IQOQI / Knabl

Christianas Roosas „ir Cornelius Hempelis su komanda Insbruko fizikų izoliavo pavienius jonus  jonų spąstuose, kad stebėtų juos kontroliuojamomis sąlygomis. „Mes nebandome aptikti fotono, kuris išspinduliuojamas arba absorbuojamas jonų, o smūgio pagreitį, gaunamą jonų po absorbcijos arba emisijos“, aiškina Kornelijus Hempelis.

„Nors šis poveikis yra labai mažas, mes galime aptikti jį naudodami kvantinės fizikos metodus.“ Fizikai panaudoja papildomą „loginį“ joną, kurio atliekamas matavimas. „Šis kalcio  (40Ca +) izotopo jonas gali būti labai gerai eksperimente kontroliuojamas, sako Hempelis. Kaip spektroskopijos joną mokslininkai naudoja kitą kalcio izotopą (44Ca +).

Eksperimento lazeris sužadina daleles ir susieja elektronines logikos jonų būsenas su dalelių vibracija. „Esant šiai konfigūracijai, taip pat vadinamai Šriodingerio katino būsenai, jonai supasi kaip klasikinės švytuoklės spąstuose. Bet kaip „kvantinė švytuoklė“, jie supasi abiem kryptimis tuo pačiu metu “ taip aprašo Hempelis centrinę dalį eksperimentą. „Mes tada sužadiname joną norėdami ištirti taikant įvairius lazerio dažnius. Tam tikrais dažniais jonas skleidžia fotoną ir gauna minimalų postūmio momentą, kuris sukelia Vibracijos komponentų silpną pasislinkimą. Tai galima pastebėti per logikos jonų elektroninę būseną . Kartu su šia informacija, lazerio dažnis tada leidžia mums gauti informaciją apie spektroskopijos jonų vidinę būklę. „Šiuo eksperimentu mokslininkai aptinka vienintelį fotoną su 12% tikimybe. „Mes įrodėme, kad šis metodas iš principo veikia. Su techniškai optimizuota schema galėsime gerokai padidinti jautrumą „, užtikrintai sako Roos ir Hempelis .

Universalus taikymas

„Naudodami egzotišką Kvantomechaninio susietumo koncepciją,  mes galime įgyti praktinių žinių apie atskiras daleles, sako Christian Roos susijaudinęs. „Kadangi mūsų matavimo metodas nepriklauso nuo aptinkamo fotono bangos ilgio, metodas gali būti taikomas įvairiems tikslams,“ priduria Kornelijus Hempelis. Pavyzdžiui, naudojant šią techniką gali būti tiriami skirtingų atomų ir molekulių bei sudėtingų struktūrų energetiniai lygmenys.

skaityti toliau: http://scitechdaily.com/entanglement-enhanced-detection-of-single-photons/