Охлаждане на радиовълните до тяхното квантово основно състояние
от Делфтския технологичен университет
Изследователи от Делфтския технологичен университет са открили нов начин за охлаждане на радиовълните чак до тяхното квантово основно състояние. За да направят това, те са използвали схеми, които използват аналог на така наречената техника за лазерно охлаждане, която често се използва за охлаждане на атомни проби.
Устройството използва наскоро разработена техника, която изследователите наричат свързване на фотонно налягане, която се очаква да бъде полезна при откриване на ултра-слаби магнитни резонансни (MRI) сигнали или за приложения за квантово усещане, които могат да помогнат за търсенето на тъмна материя. Резултатите са публикувани в Science Advances .
Радиовълните, които обикновено срещаме в ежедневието си, като тези, които слушаме в колата си или тези, които изпращат сигнали до нашите бебефони в къщата ни, са горещи: съдържат шум, който идва от произволното движение на атомите в нещата, от които се излъчват и дори в антената, която използвате, за да ги слушате. Това е една от причините да чувате статика, когато настройвате радиото в колата си на честота, която няма радиостанция .
Охлаждащи вълни
Един от начините за намаляване на този шум е охлаждането на радиовълните, например чрез охлаждане на антената, която ги приема, до температура, близка до абсолютната нула. Атомите в антената вече няма да се въртят толкова много и шумът ще бъде намален. Това всъщност се прави в свръхпроводящ квантов компютър, който се охлажда до 10 mK, за да се предотврати появата на шум в GHz сигналите, с които работят.
„Въпреки това“, казва Инес Родригес, изследовател от TU Delft, „някои приложения, като ЯМР, откриване на тъмна материя или радиоастрономия, се интересуват от ултра слаби сигнали на MHz честоти“. За тези сигнали охлаждането до 10 mK не е достатъчно. Дори при тези изключително ниски температури, произволното движение на атомите в устройство или антена е достатъчно, за да добави шум към сигнала на радиовълните. За да се отървете от остатъчния шум, е важно да охладите още повече радиовълните . Но как?
Свързващи фотони
В тази работа изследователите от Делфт са открили нов начин да противодействат на шума от клатещите се атоми. Използвайки схеми, които използват аналог на техниката за лазерно охлаждане, която често се използва за охлаждане на атомни облаци, авторите охлаждат сигналите на радиовълните в устройството си чак до квантовото основно състояние.
„Доминиращият шум, останал във веригата, се дължи само на квантовите флуктуации, шумът, който идва от странните квантови скокове, предсказани от квантовата механика “, казва лидерът на групата Гари Стийл от TU Delft. Групата на Стийл е специализирана в квантовото наблюдение, използвайки свръхпроводящи квантови вериги.
Устройството използва наскоро разработена техника, която авторите наричат фотонно свързване под налягане. Предполага се, че този метод ще има вълнуващи приложения при откриване на ултра слаб магнитен резонанс (MRI) сигнали; може да се използва за много приложения за обработка на квантова информация, включващи бързо развиващата се област на квантовите изчисления.
Освен това, той може да се използва в така наречените квантови сензорни приложения и би могъл да подпомогне търсенето на тъмна материя, странен тип все още неоткрити частици, които биха могли да обяснят отворени въпроси в гравитацията и космологията.