研究者は、原子が情報を失うのを防ぐためのシンプルでありながら強力な方法を発見しました{-信頼できる量子技術の開発における重要な課題です。
原子のガスに慎重に調整された単一のレーザービームを照らすことにより、原子の内部スピンを同期させ、情報が失われる速度を劇的に減少させることができました。量子センサーとメモリシステムでは、原子が磁気方向-または「スピン」{-が互いに衝突したり、容器の壁に衝突したりすると、しばしば失います。
スピンリラクゼーションとして知られるこの現象は、そのようなデバイスのパフォーマンスと安定性を厳しく制限します。対抗するための従来の方法では、非常に低い磁場で動作し、かさばる磁気シールドを使用する必要がありました。
新しい方法は、それらの制約を完全に避けます。システムを磁気的にシールドする代わりに、光を使用して原子エネルギーレベルを微妙にシフトし、原子のスピンを整列させ、移動して衝突しても同期します。これにより、デコヒャーから自然に保護されている、より回復力のあるスピン状態が作成されます。
温かいセシウム蒸気を使用した実験室実験では、この手法によりスピン崩壊が10倍減少し、磁気感度が大幅に改善されました。このブレークスルーは、単一の光のビームが原子スピンのコヒーレンス時間を延長し、よりコンパクトで正確で堅牢な量子センサー、磁気計、およびメモリデバイスへのドアを開くことができることを示しています。
ヘブライ大学の応用物理学およびナノサイエンスおよびナノテクノロジーセンターの物理学者のチームは、コーネル大学の応用および工学物理学部と協力して、環境「騒音」からアトミックスピンを保護する強力な新しい方法を発表しました。
この研究、「スピンリラクゼーションからのアルカリの光学保護-金属原子」、アブラハム・ベレビ、マーク・ディコポルトセフ、オリ・カッツ教授（ヘブライ大学）、教授またはカッツ（コーネル大学）が出版されました。物理的なレビューレター潜在的に磁気センシングと原子コヒーレンスに依存するフィールドに革命をもたらす可能性があります。
Cesium Vapor {-のような不対電子-の原子は、「スピン」の特性を持ち、磁場と強く相互作用するため、磁場、重力、さらには脳活動の超高感度測定に使用できます。しかし、これらのスピンは壊れやすいことで有名です。
周囲の原子や容器の壁からの最も小さな乱れでさえ、スピンリラクゼーションとして知られるプロセスである方向を失う可能性があります。これまで、このような干渉からこれらのスピンを保護するには、複雑なセットアップが必要であるか、非常に特定の条件下でのみ機能しました。新しい方法はそれを変更します。
シールドとしてのレーザーライト
研究者たちは、原子が互いに絶えず衝突しているとしても、磁場-での原子スピンの歳差運動を同期させるために、正確に調整された単一のレーザービームを使用する手法を開発しました。
箱の中に何百もの小さな回転トップが閉じ込められているシナリオを想像してください。通常、これらのTOP間の相互作用により、スピン構成が破壊され、システム全体が同期しなくなります。この効果は、高磁場ではるかに支配的になります。これは、トップがプロセスし、その方向をより迅速に変化させるためです。
ただし、特定の方法では、システム内の同期を維持するために光を使用します。さまざまなスピン構成の違いに対処することにより、ライトはすべてのトップを調和させ、障害を防ぎ、高磁場でも紡績エンティティ間の協同的行動を可能にします。このアプローチは、光と原子スピンのダイナミクスの魅力的な相互作用を強調しています。
研究者は、セシウム原子がスピンの向きを維持した期間で、9つの-折りたたみの改善を達成しました。驚くべきことに、この保護は、原子が特別な抗-リラクゼーション-コーティングされた細胞壁を跳ね返り、頻繁に内部衝突を経験している場合でも機能します。
Real -世界の可能性
この手法は、次のようなアトミックスピンに依存するデバイスを大幅に強化できます。
医療画像、考古学、宇宙探査で使用される量子センサーと磁気計
GPSに依存しない精密ナビゲーションシステム
スピンの安定性が情報の保存と処理の鍵である量子情報プラットフォーム
このメソッドは「暖かい」環境で機能し、極端な冷却や複雑なフィールドチューニングを必要としないため、既存のアプローチよりも実際の-世界アプリケーションにとってより実用的である可能性があります。
「このアプローチは、量子システムをノイズから保護するための新しい章を開きます」と研究者は言いました。 「原子の自然な動きを活用し、安定剤として光を使用することにより、これまで以上に広範な条件にわたって一貫性を維持できるようになりました。」
この研究は、原子物理学での数十年にわたる作業に基づいていますが、光を使用して原子を調整するこのシンプルでエレガントなソリューション- -は前進します。近い将来、より堅牢で正確でアクセス可能な量子技術への道を開く可能性があります。
