Fysici streven voortdurend naar het verbeteren van de nauwkeurigheid van atoomklokken, de meest precieze tijdsbepalingsapparaten die er bestaan. Een veelbelovende benadering om nog grotere precisie te bereiken, ligt in het benutten van spin-squeezed toestanden in klokatomen.
Spin-squeezed toestanden zijn verstrengelde kwantumtoestanden waarin deeltjes samenwerken om hun inherente kwantumruis teniet te doen. Deze toestanden bieden ongelofelijk potentieel voor kwantum-versterkte metingen en metrologie. Het blijkt echter een uitdagende taak te zijn om spin-squeezed toestanden in optische overgangen met minimale externe ruis te creëren.
Een team van onderzoekers, onder leiding van Ana Maria Rey, heeft zich gericht op het gebruik van optische holtes om spin-squeezed toestanden te genereren. Deze holtes bestaan uit spiegels die het licht meerdere keren heen en weer laten kaatsen. Binnen de holte kunnen atomen hun fotonemissies synchroniseren, resulterend in een lichtflits die veel helderder is dan wat een enkel atoom alleen kan produceren. Dit fenomeen staat bekend als superradiance. Afhankelijk van hoe superradiance wordt gecontroleerd, kan het leiden tot verstrengeling of de gewenste kwantumtoestand verstoren.
In hun eerdere werk ontdekten Rey en haar team dat meertrapsatomen, met meer dan twee interne energietoestanden, unieke mogelijkheden bieden voor het benutten van superradiente emissies. Door de atomen aan te zetten om elkaars emissies te annuleren, kunnen ze donkere toestanden creëren die immuun zijn voor superradiance.
Nu hebben ze in twee recent gepubliceerde studies een methode onthuld om niet alleen donkere toestanden in optische holtes te creëren, maar deze toestanden ook spin-squeezed te maken. Deze doorbraak opent opwindende mogelijkheden om verstrengelde klokken te genereren en de grenzen van de kwantum metrologie te verleggen.
De onderzoekers hebben twee benaderingen gevonden om zeer verstrengelde spin-squeezed toestanden in de atomen voor te bereiden. Eén methode omvat het energiek maken van de atomen met een laser en ze op speciale punten in het superradiante potentieel, bekend als zadel punten, te plaatsen. Op deze punten herschikken de atomen hun ruisverdeling en worden ze sterk samengedrukt. De andere methode omvat het overbrengen van de superradiante toestanden naar donkere toestanden, door gebruik te maken van specifieke punten waar de atomen dicht bij heldere punten met nul kromming zijn.
Wat fascinerend is aan deze bevindingen is dat de spin-squeezing zelfs behouden kan blijven in afwezigheid van externe laserstimulatie. Deze overdracht van samengedrukte toestanden naar donkere toestanden handhaaft niet alleen de verminderde ruiskenmerken, maar zorgt ook voor hun overleving.
Deze ontdekkingen bieden nieuwe wegen voor kwantum metrologie, waardoor nauwkeuriger metingen mogelijk worden en de capaciteiten van atoomklokken worden verbeterd. Door donkere en verstrengelde toestanden in optische holtes te benutten, kunnen onderzoekers het potentieel van kwantum-versterkte technologieën ontsluiten en dieper doordringen in de fascinerende wereld van de kwantumfysica.
The source of the article is from the blog zaman.co.at