Forscher haben eine einfache, aber leistungsstarke Möglichkeit entdeckt, Atome vor dem Verlust von Informationen zu schützen. - Eine wichtige Herausforderung bei der Entwicklung zuverlässiger Quantentechnologien.
Indem sie einen einzelnen, sorgfältig abgestimmten Laserstrahl auf einem Atomegas leuchteten, gelang es ihnen, die internen Spins der Atome synchronisiert zu halten und die Rate, mit der Informationen verloren gehen, dramatisch verringert. In Quantensensoren und Speichersystemen verlieren Atome häufig ihre magnetische Ausrichtung - oder "spin" -, wenn sie miteinander oder mit den Wänden ihres Behälters kollidieren.
Dieses Phänomen, das als Spin -Relaxation bekannt ist, schränkt die Leistung und Stabilität solcher Geräte stark ein. Herkömmliche Methoden zur Bekämpfung dessen müssen in extrem niedrigen Magnetfeldern und mit sperrigen magnetischen Abschirmung arbeiten.
Die neue Methode setzt diese Einschränkungen vollständig ab. Anstatt das System magnetisch abzuschirmen, verschiebt es leichte, um die Atomergiespiegel auf subtile Weise zu verschieben, die Spins der Atome auszurichten und sie synchron zu halten, auch wenn sie sich bewegen und kollidieren. Dies schafft einen widerstandsfähigeren Spinzustand, der natürlich vor Dekohärenz geschützt ist.
In Laborversuche mit warmem Cäsiumdampf reduzierte die Technik den Spinabfall um den Faktor 10 und verbesserte die magnetische Empfindlichkeit signifikant. Dieser Durchbruch zeigt, dass ein einzelner Lichtstrahl die Kohärenzzeit von Atomspins verlängern und die Tür zu kompakteren, genaueren und robusten Quantensensoren, Magnetometern und Speichergeräten öffnet.
A team of physicists from the Hebrew University's Department of Applied Physics and Center for Nanoscience and Nanotechnology, in collaboration with the School of Applied and Engineering Physics at Cornell University, has unveiled a powerful new method to shield atomic spins from environmental "noise"-a major step toward improving the precision and durability of technologies like quantum sensors and navigation systems.
Die Studie "Optischer Schutz von Alkali - Metallatomen vor Spin Relaxation" von Avraham Berrebi, Mark Dikopoltsev, Prof. Ori Katz (hebräische Universität) und Prof. oder Katz (Cornell University), wurde in veröffentlichtem in veröffentlichtPhysische Überprüfungsbriefeund kann möglicherweise Felder revolutionieren, die von der magnetischen Erfassung und der Atomkohärenz abhängen.
Atome mit ungepaarten Elektronen - wie in Cäsiumdampf - haben eine Eigenschaft von "Spin", die stark mit Magnetfeldern interagieren und daher für Ultra - sensitive Messungen von Magnetfeldern, Schwere und sogar Gehirnaktivitäten verwendet werden können. Aber diese Drehungen sind notorisch zerbrechlich.
Selbst die kleinste Störung durch umgebende Atome oder Behälterwände kann dazu führen, dass sie ihre Orientierung verlieren, ein Prozess, der als Spin -Relaxation bekannt ist. Der Schutz dieser Spins vor einer solchen Eingriffe erforderte bisher komplizierte Setups oder arbeitete nur unter sehr bestimmten Bedingungen. Die neue Methode ändert das.
Laserlicht als Schild
Die Forscher entwickelten eine Technik, die einen einzelnen, genau abgestimmten Laserstrahl verwendet, um die Präzession von Atomspins im Magnetfeld - zu synchronisieren, selbst wenn die Atome ständig miteinander und ihrer Umgebung kollidieren.
Stellen Sie sich ein Szenario vor, in dem Hunderte von winzigen Spinnhöfen in einer Box eingesperrt sind. In der Regel können die Wechselwirkungen zwischen diesen Tops ihre Spinkonfigurationen stören, wodurch das gesamte System nicht synchronisiert wird. Dieser Effekt wird in hohen Magnetfeldern viel dominanter, da die Tops ihre Ausrichtung viel schneller verändern.
Eine bestimmte Methode verwendet jedoch Licht, um die Synchronisation innerhalb des Systems aufrechtzuerhalten. Durch die Bekämpfung der Unterschiede in den verschiedenen Spinkonfigurationen hält das Licht effektiv alle Spitzen in Harmonie, verhindern Störungen und ermöglichen das kooperative Verhalten bei den Spinnentitäten, selbst bei hohen Magnetfeldern. Dieser Ansatz unterstreicht das faszinierende Zusammenspiel zwischen Licht- und Atomspin -Dynamik.
Die Forscher erzielten eine Nine - -Faltverbesserung darin, wie lange Cäsiumatome ihre Spin -Orientierung beibehalten haben. Bemerkenswerterweise funktioniert dieser Schutz auch dann, wenn die Atome spezielle Anti -- Relaxation - beschichtete Zellwände und häufige interne Kollisionen erleiden.
Real - Weltpotential
Diese Technik könnte Geräte erheblich verbessern, die auf Atomspins beruhen, einschließlich:
Quantensensoren und Magnetometer, die in der medizinischen Bildgebung, der Archäologie und der Weltraumforschung verwendet werden
Präzisionsnavigationssysteme, die nicht auf GPS beruhen
Quanteninformationsplattformen, auf denen die Spin -Stabilität für das Speichern und Verarbeitung von Informationen der Schlüssel ist
Da die Methode in "warmen" Umgebungen funktioniert und keine extreme Kühlung oder komplizierte Feldstimmung erfordert, kann dies für reale - -Weltanwendungen praktischer sein als vorhandene Ansätze.
"Dieser Ansatz eröffnet ein neues Kapitel zum Schutz von Quantensystemen vor Lärm", sagte die Forscher. "Indem wir die natürliche Bewegung von Atomen nutzen und Licht als Stabilisator verwenden, können wir jetzt die Kohärenz über einen breiteren Bereich von Bedingungen bewahren als je zuvor."
Die Forschung baut auf Jahrzehnten der Arbeit in der Atomphysik auf, aber diese einfache, elegante Lösung - verwendet Licht, um Atome zu koordinieren. - ist ein Sprung nach vorne. Es kann den Weg für robustere, genauere und zugängliche Quantentechnologien in naher Zukunft ebnen.
