Metrologia w skali atomowej

Metrologia w skali atomowej

Wykrycie fal grawitacyjnych, czy optymalizacja dokładności GPS są dla człowieka trudnymi wyzwaniami, ponieważ wymagają one zdolności do wizualizacji bardzo małych elementów, które mogą zostać zniszczone podczas ich obserwacji. Fizyka kwantowa, jak się okazuje pozwala, jednak na tego typu operacje. W artykule opublikowanym w Nature Photonics, naukowcy z Institute of Photonic Science donoszą, że udało im się zaobserwować kruche i niestabilne obiekty dzięki mechaniczno-kwantowym technikom pomiarowym.

Naukowcy z grupy prowadzonej przez Morgan Mitchell stworzyli nieniszczącą technikę kwantowego pomiaru. Zastosowali ją na małej chmurze atomów. Byli oni w stanie obserwować spin elektronów, a chmura sparowanych ze sobą atomów nie przeszkadzała w całym procesie. Technika ta została użyta po raz pierwszy na świecie. Warto wspomnieć, że proces jest skalowalny i może posłużyć do obserwacji pojedynczych atomów.

W eksperymencie tym, naukowcy spreparowali impulsy świetlne z fotonów wraz z cząsteczkami w ich komplementarnych stanach, a następnie wysłali je w kierunku chmury atomów, mierzą po drodze ich polaryzację. „Pierwszy pomiar daje nam informacje odzwierciedlające działanie pierwszego impulsu światła. Drugi, biorący pod uwagę fotony w stanach uzupełniających, pokazuje czysty obraz powstały dzięki zniwelowaniu wpływu pierwszego impulsu.", wyjaśnia dr Robert Sewell, badacz ICFO. Proces pozwala odczytać precyzyjne informacje na temat pola magnetycznego w okolicach atomu.

Uzyskane informacje burzą zakaz standardowej granicy informacji, którą jest się w stanie uzyskać przez pomiar przy tradycyjnych metodach próbkowania. Aby naukowcom udało się dokonać niemożliwego, musiały zostać spełnione dwa warunki. Z jednej strony, badaczom udało się zorganizować obserwację, w taki sposób, że zakłócenia związane z wizualizacją zostały uniezależnione od zmiennych i oddalone od mierzonego obiektu. Ponadto wprowadzono kwantowe korelacje statystyczne miedzy atomami, tak aby były one gromadzone w jednym pomiarze. Ten eksperyment dowodzi skuteczności fizyki kwantowej w pomiarach delikatnych obiektów.

(rr)