Các nhà nghiên cứu kết hợp hai tính năng ma quái nhất của cơ học lượng tử

Một cảm biến lượng tử giờ đây đã tăng gấp đôi sự ma quái bằng cách kết hợp sự vướng víu giữa các nguyên tử và phân định vị trí của các nguyên tử.
Các nhà nghiên cứu kết hợp hai tính năng ma quái nhất của cơ học lượng tử
Khái niệm mạng truyền thông toàn cầu. Nguồn: metamorworks

Các cảm biến lượng tử trong tương lai sẽ có thể cung cấp khả năng điều hướng chính xác hơn, khám phá các nguồn tài nguyên thiên nhiên cần thiết, xác định chính xác hơn các hằng số cơ bản, tìm kiếm vật chất tối hoặc có thể một ngày nào đó khám phá ra sóng hấp dẫn nhờ vào một nhóm các nhà nghiên cứu do Fellow James K. Thompson dẫn đầu từ Viện liên kết vật lý thiên văn thuộc Phòng thí nghiệm (JILA) và Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST).

Thompson và nhóm của ông đã lần đầu tiên kết hợp thành công hai trong số những đặc điểm "ma quái nhất" của cơ học lượng tử: sự vướng víu giữa các nguyên tử và sự phân định vị trí của các nguyên tử. Bằng cách tăng gấp đôi các tính năng "ma quái" này, có thể tạo ra các cảm biến lượng tử tốt hơn.

Những tính năng 'ma quái' này là gì?
Entanglement ban đầu được Albert Einstein gọi là "hành động ma quái ở khoảng cách xa". Điều này đề cập đến một hiệu ứng thú vị của cơ học lượng tử trong đó những gì xảy ra với một nguyên tử sẽ ảnh hưởng đến một nguyên tử khác ở một nơi khác. Phần này của cơ học lượng tử rất quan trọng đối với tương lai của máy tính lượng tử, thiết bị mô phỏng lượng tử và cảm biến lượng tử.

Tính năng ma quái thứ hai đề cập đến sự phân tách vị trí, cho thấy một nguyên tử duy nhất có thể ở nhiều nơi cùng một lúc.

Trong thế giới đầu tiên, nhóm nghiên cứu do Thompson dẫn đầu đã kết hợp thành công cả hai tính năng cơ học lượng tử ma quái này để tạo ra một giao thoa kế sóng vật chất có thể cảm nhận gia tốc với độ chính xác vượt qua giới hạn lượng tử tiêu chuẩn.

Giao thoa kế sóng vật chất là gì?
Giao thoa kế sóng vật chất đơn giản có nghĩa là cảm biến lượng tử chính xác và chính xác nhất cho đến nay. Nó hoạt động bằng cách sử dụng các xung ánh sáng để làm cho các nguyên tử đồng thời chuyển động và không chuyển động bằng cách có cả ánh sáng laser được hấp thụ và không bị hấp thụ. Theo thời gian, các nguyên tử ở hai nơi cùng một lúc.

Như nghiên cứu sinh Chengyi Luo giải thích: "Chúng tôi chiếu chùm tia laze lên các nguyên tử, vì vậy chúng tôi thực sự chia gói sóng lượng tử của mỗi nguyên tử thành hai, nói cách khác, hạt thực sự tồn tại trong hai không gian riêng biệt cùng một lúc".

Nhóm nghiên cứu đã cố gắng tạo ra thứ này bên trong một khoang quang học với những tấm gương phản chiếu cao. Điều này có nghĩa là các nhà nghiên cứu có thể đo khoảng cách các nguyên tử rơi dọc theo khoang định hướng theo chiều thẳng đứng do trọng lực, nhưng với tất cả những lợi ích của độ chính xác và độ chính xác có được từ cơ học lượng tử.


Hình ảnh các nguyên tử vướng víu bên trong giao thoa kế. Nguồn: Steven Burrows, Thompson Group / JILA

Bằng cách nhìn thấy cách vận hành một giao thoa kế sóng vật chất bên trong một khoang quang học có nghĩa là lần đầu tiên nhóm nghiên cứu đã có thể tận dụng các tương tác vật chất ánh sáng để tạo ra sự vướng víu giữa các nguyên tử khác nhau để tạo ra sự yên tĩnh hơn và đo chính xác hơn gia tốc trọng lực.

Thompson nói nó sẽ hữu ích cho tương lai: "Tôi nghĩ rằng một ngày nào đó chúng ta sẽ có thể đưa sự vướng víu vào giao thoa kế sóng vật chất để phát hiện sóng hấp dẫn trong không gian hoặc để tìm kiếm vật chất tối, những thứ thăm dò vật lý cơ bản, cũng như các thiết bị có thể được sử dụng cho các ứng dụng hàng ngày như điều hướng hoặc trắc địa".

Nhóm nghiên cứu hy vọng khám phá của nó sẽ truyền cảm hứng cho những tiến bộ hơn nữa trong lĩnh vực vật lý. Theo cách nói của Thompson, "Bằng cách học cách khai thác và kiểm soát tất cả những điều ma quái mà chúng ta đã biết, có lẽ chúng ta có thể khám phá ra những điều ma quái mới về vũ trụ mà chúng ta thậm chí còn chưa nghĩ đến".

Anh Duy
Theo Interesting engineering
CÙNG CHUYÊN MỤC
ĐỌC THÊM