O echipă de la Universitatea din Chicago spune că a găsit o cale surprinzător de simplă de a crea și controla stări cuantice puternic corelate (quantum entanglement), un ingredient considerat esențial pentru senzori ultra-preciși și viitoare tehnologii cuantice. Metoda, descrisă ca fiind una teoretică, folosește ajustări mici ale nivelurilor de energie ale atomilor într-o configurație standard de optică cuantică, fără a adăuga hardware complicat.
Abordarea pornește de la experimentele de tip „cavity QED”, în care atomi sau alte particule sunt plasați într-o cavitate optică formată din două oglinzi ce captează lumina între ele, iar particulele interacționează cu lumina „prinsă” în cavitate. Cercetătorii arată că multe astfel de sisteme sunt limitate de faptul că atomii interacționează identic cu lumina, ceea ce restrânge gama de stări cuantice ce pot fi obținute.
Potrivit echipei, simetria poate fi redusă fără a schimba arhitectura de bază: toți atomii rămân excitați de același laser, însă lasere suplimentare sau câmpuri magnetice sunt folosite pentru a deplasa energiile stărilor excitate pentru grupuri diferite de atomi. Atomii ar fi aranjați astfel încât fiecare să fie „împerecheat” cu un alt atom care are un decalaj energetic egal, dar de semn opus. În acest fel, atomii se pot comporta diferit unii față de alții, iar sistemul rămâne, în același timp, controlabil și predictibil, susțin autorii.
„Am vrut să luăm ingrediente simple pe care le găsești în multe platforme fizice și să le punem împreună într-un mod minimal, ca să obținem ceva interesant, complex și puternic”, a declarat Aashish Clerk, profesor de inginerie moleculară și autor principal al studiului. Anjun Chu, cercetător postdoctoral și primul autor, a spus că „prin simpla ajustare a laserelor” pot fi accesate tipuri de stări corelate „la care nimeni nu se gândise înainte”.
Unul dintre principalele domenii vizate este detecția cuantică. Echipa afirmă că, în teorie, stările corelate pot detecta diferențe extrem de mici între câmpuri magnetice sau gravitaționale în locații separate, dar că obținerea unor stări simultan foarte sensibile și rezistente la zgomot a rămas dificilă. Cercetătorii au arătat că o versiune a sistemului cu două grupuri de atomi ar putea măsura „gradienți de câmp”: când cele două ansambluri sunt în locuri diferite, starea rezultată reflectă diferența dintre câmpurile locale, respingând în același timp zgomotul de fond care afectează ambele locații în mod similar. „Ești capabil să faci două lucruri care, de obicei, nu sunt compatibile: să folosești corelarea cuantică pentru un senzor extrem de sensibil, dar să ai și robustețe la cantități arbitrar de mari de zgomot”, a spus Clerk.
Autorii mai susțin că informația stocată în aceste stări poate fi extrasă cu tehnici standard de măsurare de tip Ramsey, fără metode de măsurare specializate. În plus, aceeași platformă ar putea genera stări cuantice neobișnuite studiate de mult timp în fizică, inclusiv starea AKLT, introdusă în anii 1980 pentru a descrie materiale magnetice neobișnuite și considerată de echipă relevantă și pentru aplicații de calcul cuantic.
Studiul rămâne, deocamdată, la nivel teoretic, iar cercetătorii spun că discută deja posibile teste experimentale cu alte grupuri și explorează aranjamente mai sofisticate ale atomilor, precum și gama completă de stări pe care metoda ar putea să o producă. Cercetarea a fost sprijinită de Q-NEXT, un centru național al Departamentului Energiei al SUA pentru știința informației cuantice, condus de laboratorul Argonne.
Surse: Science Daily
