世界

宇宙で分離された原子雲が絡み合って測定精度が向上

世界を正確に測定することは、思っているよりもはるかに困難です。非常に小さなスケールでは、自然は騒がしく、量子物理学の法則により、最良の機器であってもわずかに不確実になります。これにより、科学者が電磁場、重力、時間などをどれだけ正確に測定できるかが制限されます。 今回、新しい研究により、量子もつれがまったく新しい方法でこれらの限界を克服できることが示されました。研究著者らは、異なる場所にある原子を結び付けることで、物理量が空間全体でどのように変化するかをはるかに高い精度で測定する方法を発見した。 この研究は、かつては理論的だったアイデアを実用的な方法に変え、これまでに構築された最も正確な測定ツールの一部を改善できる可能性があります。 「これまでのところ、空間的に分離されたもつれ原子雲を使ってこのような量子測定を行った人は誰もおらず、そのような測定の理論的枠組みもまだ不明でした」と研究著者の一人でバーゼル大学博士研究員のイーファン・リー氏は述べた。 言った。 絡み合った原子雲を分割する 実験は極低温に冷却された原子から始まり、そこでは量子効果が支配的になります。これらの原子はそれぞれ、回転する小さな磁石のように動作します。このスピンの方向は電磁場に応じて変化するため、周囲の状況を高感度に検出できます。 以前の実験では、もつれは測定値を向上させるためにすでに使用されていましたが、それはすべての原子が同じ場所に保持されている場合に限られていました。これは、科学者が単一の場所を非常にうまく測定できるが、フィールドがある位置から別の位置にどのように変化するかを測定できないことを意味しました。 絡み合った原子を結合を破壊することなく分離することは、実験的にも理論的にも未解決の課題でした。研究者らは、操作の順序を変更することでこの問題を解決しました。最初に原子を分離するのではなく、極低温の原子の単一の雲から始めて、原子がまだ一緒にある間にスピンを絡み合わせました。 この量子リンクが確立されて初めて、彼らはクラウドをより小さな部分に分割し、異なる場所に配置しました。驚いたことに、別れの後も絡み合いは続いた。これにより、遠く離れた原子雲が単一の量子システムの一部として動作し続けることが可能になり、アインシュタイン・ポドルスキー・ローゼン（EPR）のパラドックスで強調された一種の長距離相関が反映されます。 「我々は現在、空間的に離れた最大3つの雲に原子を分散させることでこの概念を拡張した。その結果、エンタングルメントの影響は、まさにEPRパラドックスと同様に、離れた場所で作用することになる」と研究著者の1人でバーゼル大学教授のフィリップ・トロイライン氏は述べた。 分離されたそれぞれの雲は、電磁場のわずかに異なる部分を感知しました。すべての場所からの情報を組み合わせることで、研究者はフィールドが空間内でどのように変化するかを判断することができました。雲が絡み合ったため、通常の量子不確実性が減少し、すべての原子に同様に影響を与える擾乱がほぼ打ち消されました。 研究チームはまた、そのような測定を説明するために必要な不足している理論的枠組みを開発し、空間的に分散されたもつれを使用して複数のパラメーターを一度に推定するときに不確実性を最小限に抑えることができることを示しました。 実際の用途は何ですか? この研究では、空間に分散されているものの、単一の調整された機器として機能する、新しい種類の量子センサーが導入されています。この技術は、時間を維持するために空間全体に配置された多数の原子に依存する光格子時計に直接適用できます。 原子位置の変動によって引き起こされる誤差を減らすことで、これらの時計はさらに高いレベルの精度に達することができます。この方法は、原子ベースの重力計にも同様に有望であり、さまざまな場所で重力がどのように変化するかを検出することの方が、重力の平均強度を測定することよりも重要です。 ただし、提案されたアプローチは技術的に要求が厳しいです。複数の原子雲を分割して制御しながらもつれを維持するには、極度の安定性と精度が必要であり、この方法をより長い距離やより多くの測定点に拡張することは容易ではありません。 研究者らは現在、プロトコルを改良し、実際の精密機器でテストすることを計画している。 の 勉強 雑誌に掲載されています 科学。 ルペンドラ・ブラハンバットは、経験豊富な作家、研究者、ジャーナリスト、映画製作者です。科学の学士号 (優等) とマスコミュニケーションの PGJMC を取得した彼は、最も革新的なブランド、通信社、デジタル雑誌、ドキュメンタリー映画製作者、世界各地の非営利団体と積極的に協力してきました。著者として、彼は正しい情報を伝え、大衆の建設的な考え方を奨励するというビジョンを持って取り組んでいます。 #宇宙で分離された原子雲が絡み合って測定精度が向上