Kvantumrezgések uralása
A fizika sok rendszerét — például fényhullámokat, molekuláris rezgéseket vagy akár egyetlen atom mozgását — leírhatjuk apró rezgőként, azaz kvantumharmonikus oszcillátorként. Ezeknek a rezgéseknek az irányítása egyre fontosabb a modern kvantumtechnológiában, legyen szó ultraérzékeny mérőműszerekről vagy a legújabb számítógépekről, amelyek az anyagi világ alapszabályainak határát feszegetik.
Mi az a squeezing, és miért számít?
A squeezing, vagyis az „összenyomás” lehetővé teszi, hogy a kvantumrendszer bizonyos tulajdonságait (például a helyzetet vagy az impulzust) nagy pontossággal mérjük, miközben a másikban növeljük a bizonytalanságot. Ebből adódóan javul a kvantummérések érzékenysége: például a LIGO gravitációshullám-detektorai már most is használják a squeezinget. Azonban a standard squeezing csak a legegyszerűbb változat, a fizikusok régóta próbálják elérni az összetettebb formákat: a trisqueezinget és a quadsqueezinget. Ezek elérése azonban annyira nehéz, hogy eddig rendre a zajban vesztek el.
Kreatív erők összjátékban
Az áttörés kulcsa két precízen vezérelt erő együttes alkalmazása volt egyetlen csapdázott ionon. Míg külön-külön kiszámítható módon hatnak, együtt nemkommutáló kvantumhatást váltanak ki — vagyis a műveletek sorrendje számít, ezért jóval erősebb és összetettebb jelenségek jöhetnek létre. Az oxfordi csapat szándékosan kihasználta azt, amit eddig többnyire csak zavaró tényezőnek tekintettek a laborban, ezzel felszabadítva új kvantuminterakciók erejét.
Először a gyakorlatban: quadsqueezing
Az új módszerrel ugyanazon a kísérleti eszközön sikerült standard, harmadfokú (trisqueezing) és végül négyrendű (quadsqueezing) összenyomást létrehozni — utóbbit most első alkalommal bármilyen rendszerben. Az alkalmazott erők frekvenciáját, erejét és fázisát finomhangolva mindig az adott kívánt interakció emelkedett ki. A quadsqueezing több mint százszor gyorsabban jött létre, mint ahogyan a hagyományos technikákkal várható lett volna, ezzel korábban elérhetetlen kvantumállapotok váltak „mindennapi” kísérlet tárgyává.
Bizonyíték és jövőkép
A kutatók a csapdázott ion kvantummozgását is rekonstruálták: a mérések egyértelműen mutatták a második, harmadik és negyedik rendű squeezingmintázatait — világos bizonyítékként, hogy mindegyik interakció stabilan létrehozható. Erre építve a módszert már most továbbfejlesztik: kombinálták a méréseket az ion spinjének vizsgálatával és kvantumrácsszimulációval is. Az eszközök, amelyeket használtak, sok más kvantumplatformban rendelkezésre állnak, így akár hamarosan szabványos kvantummódszerré válhat az új „összenyomás”.
A történet itt még nem ér véget: az új interakciós forma a kvantumfizika eddig ismeretlen terepeit is feltárhatja, radikális felfedezéseket vetítve előre.
