Os pesquisadores descobriram uma maneira simples e poderosa de proteger os átomos da perda de informações - um desafio importante no desenvolvimento de tecnologias quânticas confiáveis.
Ao brilhar um único feixe de laser cuidadosamente sintonizado em um gás de átomos, eles conseguiram manter as rodadas internas dos átomos sincronizados, reduzindo drasticamente a taxa na qual as informações são perdidas. Nos sensores quânticos e sistemas de memória, os átomos geralmente perdem sua orientação magnética - ou "spin" - quando colidem entre si ou com as paredes de seu recipiente.
Esse fenômeno, conhecido como relaxamento de spin, limita severamente o desempenho e a estabilidade de tais dispositivos. Os métodos tradicionais para neutralizá -lo exigiram operar em campos magnéticos extremamente baixos e usar blindagem magnética volumosa.
O novo método evita inteiramente essas restrições. Em vez de proteger magneticamente o sistema, ele usa luz para mudar sutilmente os níveis de energia atômica, alinhando os rotações dos átomos e mantendo -os sincronizados, mesmo quando eles se movem e colidem. Isso cria um estado de rotação mais resiliente que é naturalmente protegido da decoerência.
Em experimentos de laboratório com vapor de césio quente, a técnica reduziu a cárie por um fator de 10 e melhorou significativamente a sensibilidade magnética. Esse avanço demonstra que um único feixe de luz pode estender o tempo de coerência dos giros atômicos, abrindo a porta para sensores quânticos mais compactos, precisos e robustos, magnetômetros e dispositivos de memória.
Uma equipe de físicos do Departamento de Física Aplicada da Universidade Hebraica e Centro de Nanociência e Nanotecnologia, em colaboração com a Escola de Física Aplicada e de Engenharia da Universidade de Cornell, revelou um novo método para proteger a precisão e a precisão da precisão.
O estudo, "Proteção óptica de alcalinos - átomos de metal do Spin Relaxation", de Avraham Berrebi, Mark Dikopoltsev, Prof. Ori Katz (Universidade Hebraica) e Prof. ou Katz (Cornell University), foi publicado naCartas de revisão físicae pode potencialmente revolucionar campos que dependem da sensação magnética e da coerência atômica.
Os átomos com elétrons não emparelhados -, como os do vapor de césio - têm uma propriedade de "spin", interagem fortemente com campos magnéticos e, portanto, podem ser usados para medições sensíveis ao ultra -} dos campos magnéticos, gravidade e até atividade cerebral. Mas esses giros são notoriamente frágeis.
Até o menor distúrbio dos átomos ou das paredes do recipiente circundante pode fazer com que eles percam sua orientação, um processo conhecido como relaxamento de rotação. Até agora, a proteção dessas rodadas de tal interferência exigia configurações complicadas ou trabalhou apenas sob condições muito específicas. O novo método altera isso.
Luz a laser como um escudo
Os pesquisadores desenvolveram uma técnica que utiliza um único feixe de laser ajustado com precisão para sincronizar a precessão de giros atômicos no campo magnético -, mesmo quando os átomos colidem constantemente entre si e com os arredores.
Imagine um cenário em que centenas de minúsculos tops giratórios estão confinados dentro de uma caixa. Normalmente, as interações entre esses tops podem interromper suas configurações de spin, fazendo com que todo o sistema caia fora da sincronização. Esse efeito se torna muito mais dominante em campos magnéticos altos, à medida que os topos processam e mudam sua orientação muito mais rapidamente.
No entanto, um método específico utiliza luz para manter a sincronização dentro do sistema. Ao abordar as diferenças nas várias configurações de spin, a luz mantém efetivamente todos os topos girando em harmonia, impedindo o distúrbio e permitindo o comportamento cooperativo entre as entidades giratórias, mesmo em campos magnéticos altos. Essa abordagem destaca a interação fascinante entre a dinâmica de luz e spin atômica.
Os pesquisadores alcançaram nove - dobra melhoria em quanto tempo os átomos de césio mantiveram sua orientação de rotação. Notavelmente, essa proteção funciona mesmo quando os átomos estão pulando de anti -relaxamento especial - - paredes celulares revestidas e experimentando colisões internas frequentes.
Real - potencial mundial
Essa técnica pode aprimorar significativamente os dispositivos que dependem de giros atômicos, incluindo:
Sensores quânticos e magnetômetros usados em imagens médicas, arqueologia e exploração espacial
Sistemas de navegação de precisão que não dependem de GPS
Plataformas de informação quântica em que a estabilidade da rotação é essencial para armazenar e processar informações
Como o método funciona em ambientes "quentes" e não requer resfriamento extremo ou ajuste de campo complicado, pode ser mais prático para aplicações mundiais -- do que as abordagens existentes.
"Essa abordagem abre um novo capítulo para proteger os sistemas quânticos do ruído", disse os pesquisadores. "Ao aproveitar o movimento natural dos átomos e usar a luz como estabilizador, agora podemos preservar a coerência em uma gama mais ampla de condições do que nunca".
A pesquisa se baseia em décadas de trabalho em física atômica, mas essa solução simples e elegante - usando luz para coordenar átomos - é um salto em frente. Pode abrir o caminho para tecnologias quânticas mais robustas, precisas e acessíveis em um futuro próximo.
