Физика

Частоту колебаний иона измерили с наивысшей точностью

CERN

Ученые из Национального института стандартов и технологий разработали метод точного измерения суперпозиции фононов — квантов колебательного движения, — поглощенных ионом. С помощью нового метода исследователям удалось поставить новый рекорд по максимальному количеству отображенных фононов, находящихся в суперпозиции. Статья о работе опубликована в журнале Nature.

Квантовая механика утверждает, что энергия высвобождается или поглощается крошечными порциями, называемыми квантами. Атомы выделяют световую энергию, излучая фотоны, или кванты света. А колебательное движение переносится фононами. Кроме того, в квантовом мире разрешены не только конкретные состояния системы, но и суперпозиции двух состояний, измерить которые очень трудно.

Ученые из Национального института стандартов и технологий предложили новый метод измерения фононов, находящихся в суперпозиции. Эксперименты проводились с одним ионом бериллия, удерживаемым на высоте 40 мкм над золотыми электродами охлажденной электромагнитной ловушкой. Новые результаты были возможны, потому что исследователи смогли свести к минимуму нежелательные факторы, такие как блуждающие электрические поля, которые обмениваются энергией с ионом и разрушают его.

Чтобы добавить фононы к иону, ученые чередовали ультрафиолетовые лазерные импульсы чуть выше и ниже разности частот между двумя состояниями спина иона. Каждый импульс переворачивал ион от спина «вверх» к спину «вниз» или наоборот, с каждым переворотом добавляя один квант ионного колебательного движения. Чтобы создать суперпозиции, исследователи применили эти лазерные импульсы только к половине волновой функции иона (картина вероятности местоположения частицы и спинового состояния). Другая половина волновой функции находилась в третьем спиновом состоянии, которое не было затронуто лазерными импульсами и оставалось неподвижным.

Эти методы могут привести к появлению новых типов квантовых симуляторов и датчиков, использующих фононы в качестве носителей информации. Кроме того, возможность адаптировать состояния суперпозиции может улучшить квантовые измерения и квантовую обработку информации. Использование иона в суперпозиции в качестве частотно-измерительного прибора более чем удвоило точность по сравнению с обычными измерениями частоты вибрации иона.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.