Kutatók az EPFL-nél rekordot döntöttek a kvantummechanikában, sikeresen irányítva a kvantumjelenségeket szobahőmérsékleten, ami eddig elérhetetlennek tűnt. Ez az eredmény mélyreható következményekkel jár a kvantumtechnológia területén, valamint a makroszkopikus kvantumrendszerek tanulmányozásában.
A kvantummechanika világában régóta kihívást jelentett a kvantumjelenségek megfigyelése és manipulálása szobahőmérsékleten. Hagyományosan az ilyen megfigyelések az abszolút nulla közelében történtek, ahol a kvantumhatások könnyebben észlelhetők. Az extrém hideg követelménye jelentősen hátráltatta a kvantumtechnológiák gyakorlati alkalmazását.
Azonban az EPFL-en a Tobias J. Kippenberg és Nils Johan Engelsen által vezetett friss tanulmány átfogalmazza a játékszabályokat. A kutatók a kvantumfizika és a gépészmérnöki alapelvek kombinációjával sikerült kontrolláltan irányítani a kvantumjelenségeket szobahőmérsékleten. Ez a forradalmi megvalósítás életre kelti a korábban csak elméleti játékszermodellnek számító Heisenberg-mikroszkóp fogalmát.
Kísérleti felállásukban a tudósok egy ultraalacsony zajú optomechanikai rendszert hoztak létre, amely lehetővé tette a fény és a mechanikai mozgás kölcsönhatásának példátlanul pontos tanulmányozását és manipulálását. Az egyik kulcskérdés a szobahőmérsékleten jelentkező hőzaj, amely zavarja a finom kvantumdinamikát. A kutatók azonban speciális tükröket, úgynevezett üregtükröket használtak, amelyek visszaverik a fényt egy szűk térben. Ezek a tükrök hatékonyan megfogják a fényt és fokozzák annak kölcsönhatását a rendszer mechanikai elemeivel. Ráadásul a tükrök kristályos periodikus szerkezetekkel vannak ellátva, hogy csökkentsék a hőzajt.
A kísérleti felállás lényeges eleme egy 4 mm-es dobhoz hasonló, mechanikai rezgőelemmel rendelkező eszköz, amely kölcsönhatásba lép a üregben található fényvel. Az eszköz mérete és kialakítása kulcsfontosságú szerepet játszik annak elszigetelésében a környezeti zajoktól, lehetővé téve a finom kvantumjelenségek detektálását szobahőmérsékleten. Az „optikai összenyomás” elérésével, ami egy kvantumjelenség, a kutatók bebizonyították képességüket a kvantumjelenségek irányítására és megfigyelésére makroszkopikus rendszerben extrém hideg nélkül.
Ennek a gennyes áttörésnek a következményei mélyrehatóak. A kvantumoptomechanikai rendszerek működtetésének lehetősége szobahőmérsékleten új utakat nyit a kvantummérés és a kvantummechanika nagyobb léptékű alkalmazásai számára. Emellett elősegíti a hibrid kvantumrendszerek fejlesztését, ahol a mechanikai dob erősen kölcsönhatásba léphet különféle objektumokkal, például atomfelhőkkel. Ezeknek a rendszereknek jelentős alkalmazásai vannak a kvantuminformáció területén, és fontos szerepet játszanak a nagy, komplex kvantumállapotok létrehozásának felfedezésében.
Összefoglalva, az EPFL kutatói által elért forradalmian új eredmény, a kvantumjelenségek irányítása szobahőmérsékleten forradalmasítja a kvantummechanika területét. Ez megszünteti az extrém hideg szükségességét, tágítva a kvantumtechnológiák gyakorlati alkalmazásait és új megvilágításba helyezve a makroszkopikus kvantumrendszerek tanulmányozását. Ez a gennyes áttörés izgalmas lehetőségeket nyit a kvantumtechnológia és a kvantumvilág megértése számára.
Gyakran Ismételt Kérdések (GYIK) a kvantumjelenségek irányításával kapcsolatban szobahőmérsékleten:
K: Mi az EPFL kutatóinak eredményének jelentősége a kvantummechanikában?
V: A kutatók sikeresen irányították a kvantumjelenségeket szobahőmérsékleten, ami eddig elérhetetlennek tűnt. Ez a teljesítmény mélyreható következményekkel jár a kvantumtechnológia területén és a makroszkopikus kvantumrendszerek tanulmányozásában.
K: Miért okozott kihívást a kvantumjelenségek megfigyelése és manipulálása szobahőmérsékleten?
V: Hagyományosan a kvantumjelenségeket az abszolút nulla közelében figyelték meg, mivel a kvantumhatások az extrém hideg hőmérsékleteken könnyebben észlelhetők. Az extrém hideg szükségessége korlátozta a kvantumtechnológiák gyakorlati alkalmazhatóságát.
K: Hogyan oldották meg az EPFL kutatói a kvantumjelenségek megfigyelésének kihívását szobahőmérsékleten?
V: A kutatók kombinálták a kvantumfizika és a gépészmérnöki alapelveket egy ultraalacsony zajú optomechanikai rendszer létrehozásához. Speciális üregtükröket használtak a fény felfogására és kölcsönhatásának fokozására a mechanikai elemekkel. A rendszerben emellett egy mechanikai rezgőelem is szerepet kapott, amelyet a környezeti zajoktól izoláltak.
K: Mi az az „optikai összenyomás”?
V: Az „optikai összenyomás” egy kvantumjelenség, amely bizonyos fénytulajdonságokat manipulál. A kutatók optikai összenyomást valósítottak meg, hogy irányítsák és megfigyeljék a kvantumjelenségeket egy makroszkopikus rendszerben szobahőmérsékleten.
K: Milyen következményei vannak ennek az áttörésnek?
V: A kvantumoptomechanikai rendszerek működtetésének lehetősége szobahőmérsékleten új utakat nyit a kvantummérés és a kvantummechanika nagyobb léptékű alkalmazásai számára. Emellett lehetővé teszi a hibrid kvantumrendszerek fejlesztését, és alkalmazásokkal bír a kvantuminformáció területén, valamint a nagy, komplex kvantumállapotok létrehozásának kutatásában.
Javasolt kapcsolódó link: EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne)
The source of the article is from the blog kewauneecomet.com