激光回路就像一个机械弹簧,将一段距离内的量子系统耦合起来

时间:2020-06-21 23:01 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

激光回路就像一个机械弹簧,将一段距离内的量子系统耦合起来 量子技术是目前世界上最活跃的研究领域之一。它利用原子、光或纳米结构的量子力学状态的特殊属性来开发,例如,用于医学和导航的新型传感器、用于信息处理的网络以及用于材料科学的强大模拟器。产生这些量子态通常需要相关系统之间的强相互作用,例如几个原子或纳米结构之间的相互作用。 然而,直到现在,足够强的相互作用仅限于短距离。通常情况下,两个系统必须在相同的芯片上靠近放置在低温或相同的真空室中,在那里它们通过静电或静磁力相互作用。然而,在量子网络或某些类型的传感器等许多应用中,需要将它们跨更大的距离耦合起来。 由巴塞尔大学物理系和瑞士纳米科学研究所(SNI)的Philipp Treutlein教授领导的一个物理学家团队,现在首次成功地在室温环境下更大距离地创建了两个系统之间的强耦合。在他们的实验中,研究人员使用激光将100纳米薄膜的振动与1米距离内原子自旋的运动耦合起来。因此,膜的每一次振动都决定了运动中的原子的自旋,反之亦然。 一圈光起机械弹簧的作用 这个实验是基于研究人员和汉诺威大学的理论物理学教授Klemens Hammerer共同提出的一个概念。它包括在系统之间来回发送一束激光。光的运动就像一个机械弹簧,伸展在原子和薄膜之间,并在两者之间传递力。托马斯·卡格博士解释道,他在巴塞尔大学进行的实验是他博士论文的一部分。在这个激光回路中,光的特性可以被控制,这样两个系统的运动信息就不会丢失到环境中,从而确保量子力学的相互作用不被干扰。 研究人员现在已经成功地首次在实验中实现了这一概念,并在一系列实验中使用了它。量子系统和光的耦合是非常灵活和通用的。Treutlein解释道。我们可以控制两个系统之间的激光束,这样我们就可以产生不同类型的相互作用,这对量子传感器很有用。 量子技术的新工具 除了将原子与纳米力学膜耦合外,该方法还可应用于其它系统;例如,当耦合超导量子比特或用于量子计算研究的固态自旋系统时。光导耦合的新技术可以用来互连这样的系统,创建用于信息处理和模拟的量子网络。Treutlein相信:这是一个新的,非常有用的工具,为我们的量子技术工具箱。 # # # 参考文献:光在机械振荡器和1米原子自旋之间的强耦合;Thomas M. Karg, Baptiste Gouraud, Chun Tat Ngai, Gian-Luca Schmid, Klemens Hammerer和Philipp Treutlein, 2020年5月7日,《科学》。 DOI: 10.1126 / science.abb0328 研究人员在巴塞尔进行的实验由欧洲研究委员会(European Research Council)资助,作为项目模块的一部分,并由瑞士国立大学博士学院(SNI PhD School)资助。
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