Мікроскоп Гейзенберга вперше запрацював при кімнатній температурі

Механічні системи, призначені для маніпулювання квантовими властивостями світла, працюють при кімнатній температурі. Існує занадто багато джерел шуму, які порушують роботу квантової системи. Деякі з них залежать від механічної частини, наприклад, низька якість, інші – від оптичних властивостей, а треті – від теплових ефектів. Зараз дослідники розробили установку, яка вперше дозволяє використовувати квантову оптико-механічну систему при кімнатній температурі.

Існує інтерес до цих систем як для експериментальних досліджень, так і для інтригуючих застосувань. Їх можна використовувати для вимірювання малих мас, сигналів (наприклад, магнітних полів) і навіть сил (наприклад, гравітації). Відсутність потреби в температурі, близькій до абсолютного нуля, усуває головну перешкоду для використання квантових технологій за межами лабораторії.

“Досягнення режиму кімнатної температури для квантової оптомеханіки було відкритим викликом протягом десятиліть”, – сказав у своїй заяві керівник групи Тобіас Кіппенберг (Tobias J. Kippenberg) з Федеральної політехнічної школи Лозанни (Ecole Polytechnique Fédérale De Lausanne). “Наша робота ефективно реалізує мікроскоп Гейзенберга, який довгий час вважався лише теоретичною іграшковою моделлю”.

Система використовує світло і механічний рух для впливу на рухомі об’єкти з високою точністю. Установка використовує порожнину для уловлювання світла в спеціальних дзеркалах, розміщених у кристалоподібних структурах. У порожнині знаходиться 4-міліметровий (0,16-дюймовий) пристрій, схожий на барабан. Це механічна частина.

Об’єднані разом, системи дозволили дослідникам здійснити “оптичне стиснення” при кімнатній температурі. Це квантове явище, засноване на принципі невизначеності Гейзенберга. Однією властивістю світла (наприклад, його інтенсивністю) маніпулюють так, щоб вона мала менше коливань, і це врівноважується пов’язаною з нею іншою (наприклад, фазою), що збільшує коливання.

“Барабан, який ми використовуємо в цьому експерименті, є кульмінацією багаторічних зусиль по створенню механічних осциляторів, добре ізольованих від навколишнього середовища”, – сказав керівник групи Нільс Йохан Енгельсен.

“Методи, які ми використовували для боротьби з відомими і складними джерелами шуму, мають велике значення і вплив на ширшу спільноту точного зондування і вимірювання”, – додав Гуанхао Хуанг, один з двох аспірантів, які керують проектом.

Установка демонструє, що можна маніпулювати квантовою системою навіть при кімнатній температурі. З огляду на те, наскільки поширеними є квантові оптико-механічні системи у проведенні квантових вимірювань, ця розробка неодмінно матиме захоплюючі наслідки.

“Система, яку ми розробили, може сприяти створенню нових гібридних квантових систем, де механічний барабан сильно взаємодіє з різними об’єктами, такими як захоплені хмари атомів”, – додав Альберто Беккарі, інший аспірант, який очолює дослідження. “Ці системи корисні для квантової інформації і допомагають нам зрозуміти, як створювати великі, складні квантові стани”.