สำหรับคนส่วนใหญ่ กลศาสตร์ควอนตัมดูค่อนข้างแปลก ใช้หลักการของการกระจายพื้นที่ซึ่งระบุว่าอนุภาคควอนตัมสามารถดำรงอยู่พร้อมกันในหลายตำแหน่งได้ในบางแง่ จากนั้นก็มีสิ่งพัวพัน: การเชื่อมต่อที่มองไม่เห็นระหว่างอนุภาคที่ช่วยให้สถานะของอนุภาคหนึ่งสามารถระบุสถานะของอนุภาคอื่นได้แม้ในระยะทางที่กว้างใหญ่ แต่ถึงแม้จะแปลกพอๆ กับการแยกส่วนและการพัวพัน พวกมันมีประโยชน์มาก
และตอนนี้
นักฟิสิกส์ที่ JILA ในโบลเดอร์ รัฐโคโลราโด สหรัฐอเมริกา ได้รวมทั้งสองสิ่งนี้ไว้ในเซ็นเซอร์ควอนตัมตัวเดียวเป็นครั้งแรก เซ็นเซอร์ใหม่สามารถตรวจจับความเร่งที่ต่ำกว่าขีดจำกัดปกติที่กำหนดโดยสัญญาณรบกวนที่เกิดจากความผันผวนของควอนตัม ทำให้เป็นเครื่องมือที่คมชัดยิ่งขึ้นสำหรับการสำรวจฟิสิกส์
พื้นฐาน เช่นเดียวกับการใช้งานต่างๆ เช่น การนำทางและการตรวจสอบพื้นโลกการตั้งค่าการทดลองของทีม JILA ใช้อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์แบบคลื่นสสาร ซึ่งรบกวนอนุภาคควอนตัมขนาดใหญ่ในลักษณะเดียวกับที่อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ธรรมดารบกวนลำแสง แม้ว่าอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์แบบใช้แสง
จะมีความไวสูง แต่ก็ใช้เพื่อตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง แต่หลักการเทียบเท่าคลื่นสสารสามารถตรวจจับความเร่งที่น้อยกว่าได้ เนื่องจากความยาวคลื่นควอนตัมของอนุภาคมวลมากนั้นสั้นกว่ามาก ดังนั้น เซ็นเซอร์เหล่านี้จึงนำเสนอวิธีการค้นหาปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น สสารมืดและพลังงานมืดที่ปัจจุบัน
ไม่สามารถตรวจจับได้โดยตรง แต่ยังคงทำให้ทราบการมีอยู่ของสสารมืดผ่านผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงลดเสียงรบกวนในการทดลอง ขั้นแรก อะตอมจะถูกวางไว้ภายในโพรงแสง ซึ่งเป็นชุดของกระจกที่อยู่ตรงข้ามซึ่งมีแสงติดอยู่ในระหว่างนั้น แสงที่สะท้อนระหว่างกระจกเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับอะตอม
ทำให้กระจกเกือบ 1,000 ชิ้นพันกัน โดยทั่วไป ความไวสูงสุดของเซ็นเซอร์ควอนตัมจะถูกจำกัดด้วยสัญญาณรบกวนที่เกิดจากการยุบตัวแบบสุ่มของสถานะควอนตัมของอะตอมแต่ละตัวเมื่อใดก็ตามที่วัดค่า การทดลองก่อนหน้านี้พยายามลดสัญญาณรบกวนควอนตัมนี้โดยทำการทดลองแบบขนานหลายครั้ง
กับอะตอม
หลายตัว จากนั้นหาค่าเฉลี่ยของสัญญาณรบกวนควอนตัมของแต่ละอะตอมอย่างไรก็ตาม ในการทดลองของทีม JILA นักวิจัยได้ทดสอบทางเลือกสองทางที่อะตอมสมรู้ร่วมคิดกันจริงๆ เพื่อตัดเสียงรบกวนจากควอนตัมของกันและกัน วิธีแรกเกี่ยวข้องกับการวัดควอนตัมแบบไม่ทำลายล้าง
ซึ่งนักวิจัยได้ทำการวัดควอนตัมนอยซ์ที่เกี่ยวข้องกับอะตอมล่วงหน้า จากนั้นจึงลบควอนตัมนอยส์นี้ออกจากการวัดขั้นสุดท้าย ในวิธีที่สอง นักวิจัยได้นำแสงเข้าไปในโพรงที่กระตุ้นกระบวนการของอะตอมที่เรียกว่าการบิดแกนเดียว ซึ่งทำให้อะตอมที่พันกันในสถานะการเคลื่อนที่ต่างๆ (หรือสถานะโมเมนตัม)
มีความไม่แน่นอนต่ำกว่าที่ควรจะเป็นหากอะตอมอยู่ ไม่พันกันสถานะควอนตัมที่เกิดขึ้นเรียกว่าสถานะสปินแบบบีบเนื่องจากประกอบด้วยสถานะโมเมนตัมสองระดับซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะถูก “บีบ” เข้าด้วยกันเพื่อสร้างระบบสปินที่มีประสิทธิภาพ ในการทดลองของทีม JILA สถานะการหมุนแบบบีบเหล่านี้
ทำให้เฟสควอนตัมใดๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างสถานะโมเมนตัมเนื่องจากการเร่งความเร็วสามารถวัดได้ด้วยความแม่นยำสูงกว่า ในทั้งสองวิธี เนื่องจากการพัวพันกันระหว่างอะตอม ควอนตัมนอยส์จะมีความสัมพันธ์กันระหว่างอะตอม ดังนั้นควอนตัมนอยส์ของอะตอมหนึ่งจะถูกยกเลิกโดยอีกอะตอมหนึ่ง
ทำให้ควอนตัมเซนเซอร์ “เงียบขึ้น” และด้วยเหตุนี้จึงแม่นยำยิ่งขึ้นทั่วทุกสถานที่ในขั้นตอนที่สองของการทดลอง นักวิจัยได้แนะนำการแยกส่วน เลเซอร์จะแยกกลุ่มคลื่นของอะตอมออกจากกัน จึงนำพวกมันเข้าสู่สถานะโมเมนตัมที่แตกต่างกัน เมื่อแพ็กเก็ตคลื่นสองส่วนเคลื่อนออกจากกัน แต่ละอะตอม
จะอยู่ในตำแหน่งสองตำแหน่งในเวลาเดียวกัน เมื่อยกเลิกการซ้อนทับนี้ด้วยเลเซอร์อีกชุดหนึ่ง กลุ่มคลื่นของอะตอมจะรบกวนซึ่งกันและกัน และอิทธิพลใดๆ ต่อตำแหน่งของพวกมัน เช่น เนื่องจากการตกจากแรงโน้มถ่วง จะสามารถตรวจจับได้ด้วยความไวสูงพิเศษ การรวมการทดลองการรบกวนเข้า
กับวิธีการ
พัวพันทำให้นักวิจัยสามารถตรวจจับการเร่งความเร็วที่น้อยกว่าขีดจำกัดควอนตัมมาตรฐานที่กำหนดโดยเสียงรบกวนควอนตัมของอะตอมแต่ละตัวซึ่งเป็นผู้นำการวิจัยของทีมร่วมกับนักศึกษาระดับปริญญาเอก กล่าวว่าการใช้สถานะบีบสำหรับการตรวจจับควอนตัมมักเรียกว่า “ควอนตัม 2.0”
ซึ่งเป็นเวอร์ชันของการตรวจจับควอนตัมที่ก้าวไปไกลกว่าฟิสิกส์อนุภาคเดี่ยว เขากล่าวว่ามี “การทำงานร่วมกันที่ยอดเยี่ยม” เกิดขึ้นระหว่างความก้าวหน้าในการตรวจจับควอนตัมและการจำลองควอนตัม และเขาสนใจที่จะใช้ประโยชน์จากสิ่งนี้ในสองวิธี: โดยใช้การเข้ารหัสสถานะโมเมนตัมของสถานะควอนตัม
ในสหรัฐฯ ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัย กล่าวว่าขีดจำกัดควอนตัมมาตรฐานอาจเป็นข้อจำกัดที่สำคัญต่อความแม่นยำของเซ็นเซอร์ควอนตัม ดังนั้นเขาจึงอธิบายผลลัพธ์ที่ได้ว่าเป็นก้าวสำคัญของการตรวจจับควอนตัม เขากล่าวว่าการรวมตัวของสปินบีบเพื่อให้เกินขีดจำกัดควอนตัมมาตรฐาน
เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์เหล่านี้เพื่อให้บรรลุศักยภาพสูงสุด และเป็นความสำเร็จที่สำคัญในการตระหนักถึงการบีบตัวตามโพรงร่วมกับอินเตอร์เฟอโรเมตรีอะตอมภายในโพรง เขาเสริมว่าโพรงยังสามารถให้คุณสมบัติที่มีค่าสำหรับอะตอมอินเทอร์เฟอโรเมทรี
เช่น ปรับปรุงคุณภาพของโหมดเชิงพื้นที่และการสะสมพลังงานเพื่อทำการจำลองควอนตัม และโดยการใช้เครื่องมือ ของการตรวจจับควอนตัมเพื่อวัดวิวัฒนาการของระบบควอนตัมหลายร่างกาย “สิ่งที่เราเรียนรู้สามารถนำไปใช้เพื่อปรับปรุงเซ็นเซอร์ควอนตัมให้ดียิ่งขึ้นไปอีก” เขากล่าว
Credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
