Fizycy ciągle dążą do polepszenia dokładności zegarów atomowych, najbardziej precyzyjnych urządzeń czasomierza obecnych. Jednym obiecującym rozwiązaniem dla osiągnięcia jeszcze większej precyzji jest wykorzystanie spin-squeeze stanów w atomach zegarowych.
Spin-squeeze stany to splątane stany kwantowe, w których cząsteczki współpracują, aby zredukować swoje inherentne kwantowe szumy. Te stany oferują niesamowity potencjał dla kwantowo-wzmocnionych pomiarów i metrologii. Jednak stworzenie spin-squeeze stanów w optycznych przejściach z minimalnym zewnętrznym szumem było zadaniem wymagającym.
Zespół naukowców, pod przewodnictwem Anny Marii Rey, skupiał się na wykorzystaniu optycznych rezonatorów do generowania spin-squeeze stanów. Te rezonatory składają się z luster, które pozwalają światłu odbijać się wielokrotnie. Wewnątrz rezonatora atomy mogą synchronizować swoje emisje fotonów, co prowadzi do wybuchu światła znacznie jaśniejszego niż to, które mógłby wyprodukować pojedynczy atom. Ten fenomen jest znany jako supernadźwiękowość. W zależności od sposobu, w jaki kontroluje się supernadźwiękowość, może ona prowadzić do splątania lub zakłócać pożądany stan kwantowy.
W swojej wcześniejszej pracy Rey i jej zespół odkryli, że atomy wielopoziomowe, posiadające więcej niż dwa wewnętrzne stany energetyczne, stanowią unikatowe możliwości wykorzystania emisji supernadźwiękowej. Poprzez indukowanie atomów do wzajemnej anulacji emisji, mogą oni tworzyć ciemne stany, które są odporne na supernadźwiękowość.
Teraz, w dwóch niedawno opublikowanych badaniach, zespół ujawnił metodę, by nie tylko tworzyć ciemne stany w optycznych rezonatorach, ale także sprawić, że te stany są spin-squeeze. Ten przełom otwiera ekscytujące możliwości generowania zegarów splątanych i poszerzania granic metrologii kwantowej.
Naukowcy znaleźli dwa podejścia do przygotowania silnie splątanych stanów spin-squeeze w atomach. Jedna metoda polega na pobudzaniu atomów laserem i umieszczaniu ich w specjalnych punktach na potencjale supernadźwiękowym, znanych jako punkty siodełkowe. W tych punktach atomy przekształcają swój rozkład szumu i stają się silnie sprężone. Druga metoda polega na przenoszeniu stanów supernadźwiękowych do stanów ciemnych, wykorzystując konkretne punkty, w których atomy są blisko jasnych punktów o zerowej krzywiźnie.
Co fascynujące w tych wynikach, to że sprężanie spin można zachować nawet w braku zewnętrznego napędu lasera. Ten transfer sprężonych stanów do stanów ciemnych nie tylko zachowuje zredukowane cechy szumu, ale także zapewnia ich przetrwanie.
Odkrycia te oferują nowe szlaki dla metrologii kwantowej, umożliwiając bardziej precyzyjne pomiary i wzmacniając możliwości zegarów atomowych. Poprzez wykorzystanie ciemnych i splątanych stanów w optycznych rezonatorach, badacze mogą odblokować potencjał technologii kwantowo-wzmocnionych i zagłębić się głębiej w fascynujący świat fizyki kwantowej.
The source of the article is from the blog agogs.sk