W przełomowym eksperymencie przeprowadzonym na Wydziale Fizyki Technion naukowcy za pomocą pęsety optycznej zademonstrowali transfer atomów poprzez tunelowanie kwantowe.
Ta nowatorska metoda, która strategicznie pozwala uniknąć uwięzienia atomów w środkowej pęsecie, stanowi znaczący krok w kierunku innowacyjnych technologii kwantowych.
Tunelowanie kwantowe w pęsecie optycznej
Nowy eksperyment na Wydziale Fizyki Technion pokazuje, w jaki sposób atomy można przenosić między lokalizacjami za pomocą tunelowania kwantowego za pomocą pęsety optycznej. Badania te, prowadzone pod kierunkiem prof. Yoava Sagi i doktorantki Yanay Florshaim z Solid State Institute, zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie Postęp nauki.
Eksperyment opiera się na pęsecie optycznej – potężnym narzędziu, które wykorzystuje skupione wiązki lasera do wychwytywania i manipulowania drobnymi cząsteczkami, takimi jak atomy, cząsteczki, a nawet żywe komórki. Oto jak to działa: kiedy światło oddziałuje z materią, wytwarza siłę proporcjonalną do intensywności światła. Siła ta, choć zbyt słaba, aby oddziaływać na większe obiekty, jest wystarczająco silna, aby utrzymać lub poruszyć mikroskopijne cząstki, takie jak atomy. Przełomowy wynalazek pęsety optycznej, za który fizyk Arthur Ashkin otrzymał w 2018 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki, stał się istotną techniką współczesnej fizyki.
Tunelowanie kwantowe w akcji
W eksperymencie Technion naukowcy ułożyli w linii trzy pęsety optyczne. Dostosowując odległość między każdą parą sąsiednich pęset, byli w stanie dynamicznie kontrolować szybkość tunelowania kwantowego między nimi. Tunelowanie kwantowe, zjawisko występujące wyłącznie w świecie kwantowym, umożliwia cząstkom przenikanie przez bariery, których nie udałoby się pokonać w fizyce klasycznej. Dynamicznie kontrolując szybkość tunelowania, zespół z powodzeniem przeniósł atomy pomiędzy dwiema zewnętrznymi pęsetami z niezwykłą precyzją i wydajnością.
Teoria kwantowa i transfer atomów
Ponadto naukowcy wykazali, że chociaż atomy przemieszczają się pomiędzy obiema stronami łańcucha, prawdopodobieństwo znalezienia ich w środkowej pęsecie jest bardzo niskie. Tę intrygującą cechę schematu przenoszenia można zrozumieć, przypominając, że w teorii kwantowej cząstkę opisuje pakiet falowy.
Na schemacie zademonstrowanym w eksperymencie fale zakłócają się destrukcyjnie w środkowej pułapce, uniemożliwiając odnalezienie tam atomów. To pierwsza demonstracja tej metody transferu i naukowcy uważają, że może ona stanowić znaczący kamień milowy w rozwoju nowych platform kwantowych.
Odniesienie: „Przestrzenne adiabatyczne przejście ultrazimnych atomów w pęsecie optycznej” Yanay Florshaim, Elad Zohar, David Zeev Koplovich, Ilan Meltzer, Rafi Weill, Jonathan Nemirovsky, Amir Stern i Yoav Sagi, 2 października 2024 r., Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.adl1220
Badania są wspierane przez Izraelską Fundację Naukową (ISF), Fundację Pazy i Centrum Kwantowe Helen Diller w Technion.
