Μια νέα τεχνολογία οδηγεί στην ανάπτυξη ακόμα πιο ακριβέστερων κβαντικών αισθητήρων
Χάρη σε μια ομάδα Γερμανών ερευνητώναι πλέον ευκολότερο να επιτευχθεί ακριβέστερος έλεγχος των ατομικών ανακλάσεων σε κβαντικούς αισθητήρες. Όλα αυτά χάρη σε μια νέα προσέγγιση, η οποία χρησιμοποιεί παλμούς φωτός προσεκτικά σχεδιασμένους ως ατομικά κάτοπτρα για τη μείωση του θορύβου και την τελειοποίηση των κβαντικών μετρήσεων.
Για να κατανοήσουμε το εύρος αυτής της ανακάλυψης, είναι σημαντικό να τονίσουμε την ουσιαστική διαφορά μεταξύ των παραδοσιακών και των κβαντικών αισθητήρων. Οι πρώτοι βασίζονται στην κλασική φυσική για τη μέτρηση ιδιοτήτων όπως η θερμοκρασία, η πίεση ή η κίνηση, αλλά οι μετρήσεις τους επηρεάζονται από διάφορους παράγοντες, όπως ο θερμικός θόρυβος, η ποιότητα του υλικού και οι περιβαλλοντικές διαταραχές. Οι κβαντικοί αισθητήρες, από την άλλη πλευρά, εκμεταλλεύονται τα κβαντικά φαινόμενα (όπως η κυματική συμπεριφορά των ατόμων ή η ικανότητα τους να βρίσκονται σε πολλαπλές καταστάσεις ταυτόχρονα) επιτρέποντας την ανίχνευση ακόμη και των μικρότερων μεταβολών των φυσικών μεγεθών με σημαντικά μεγαλύτερη ακρίβεια.
Διαβάστε επίσης
Ένα πρακτικό παράδειγμα αυτής της διαφοράς αντιπροσωπεύεται από τη σύγκριση μεταξύ ενός ατομικού ρολογιού (κβαντικός αισθητήρας) και ενός ρολογιού χαλαζία (παραδοσιακός αισθητήρας): το πρώτο είναι πολύ πιο ακριβές επειδή μετράει τον χρόνο χρησιμοποιώντας μεταβάσεις ενέργειας στα άτομα αντί για μηχανικές δονήσεις.
Για να λειτουργήσουν σωστά, οι συσκευές αυτές βασίζονται σε κάτοπτρα και διαχωριστές δέσμης που έχουν σχεδιαστεί προσεκτικά για να ελέγχουν την κίνηση των ατόμων. Ωστόσο, μπορεί να υπάρξουν καταστάσεις στις οποίες ορισμένα άτομα αντανακλώνται με απροσδόκητο τρόπο λόγω ατελειών στην οπτική διάταξη ή λόγω σκεδαζόμενου φωτός. Αυτές οι ανεπιθύμητες ανακλάσεις μπορούν να επηρεάσουν τις μετρήσεις των κβαντικών αισθητήρων και να μειώσουν την ακρίβειά τους.
Προκειμένου να ξεπεράσουν αυτή την πρόκληση, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν παλμούς φωτός ως ατομικά κάτοπτρα υψηλής ταχύτητας. Όταν ένα άτομο συναντά έναν κατάλληλα συντονισμένο παλμό φωτός, η αλληλεπίδραση μπορεί να σχεδιαστεί έτσι ώστε να αντανακλά ή να μεταδίδει το άτομο, παρόμοια με τον τρόπο με τον οποίο ένας οπτικός καθρέφτης αντανακλά ορισμένα μήκη κύματος του φωτός ενώ αφήνει άλλα να περάσουν.
Οι παλμοί φωτός που χρησιμοποιούνται ως ατομικά κάτοπτρα συντονίζονται έτσι ώστε να αλληλεπιδρούν μόνο με άτομα που κινούνται με συγκεκριμένες ταχύτητες. Τα άτομα που αντιστοιχούν στην απαιτούμενη ταχύτητα και κατεύθυνση ανακλώνται με συνέπεια, ενώ τα άτομα που κινούνται με μη προγραμματισμένες ταχύτητες δεν αλληλεπιδρούν έντονα με τον παλμό και περνούν από αυτόν. Αυτή η προσέγγιση μειώνει το θόρυβο στο σήμα, καθιστώντας τις μετρήσεις πολύ πιο ακριβείς.
Μια ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα πτυχή αυτής της τεχνικής είναι η συμβατότητα της με τις τρέχουσες πειραματικές διατάξεις που ήδη χρησιμοποιούν περίθλαση Bragg υψηλότερης τάξης, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί εύκολα να ενσωματωθεί σε υπάρχοντες κβαντικούς αισθητήρες χωρίς να απαιτηθούν ουσιαστικές τροποποιήσεις.
Οι ερευνητές είναι βέβαιοι ότι αυτή η προσέγγιση όχι μόνο θα οδηγήσει στην ανάπτυξη ανώτερων κβαντικών αισθητήρων αλλά και θα ανοίξει το δρόμο για νέες τεχνολογίες μέτρησης ακριβείας.
[via]
