კვანტური ტექნოლოგიების განვითარება დიდწილად დამოკიდებულია ფენომენზე, რომელსაც კვანტური ჩახლართულობა ეწოდება. ეს არის მდგომარეობა, როდესაც ნაწილაკები ერთმანეთთან ისე მჭიდროდ არიან დაკავშირებულნი, რომ მათი ქცევა კლასიკური ფიზიკის კანონებს სცდება. ტრადიციულად, ასეთი რთული მდგომარეობების მიღწევა მოითხოვდა ძვირადღირებულ და კომპლექსურ აპარატურას.

ჩიკაგოს უნივერსიტეტის მოლეკულური ინჟინერიის პრიცკერის სკოლის მეცნიერებმა ეს პროცესი მნიშვნელოვნად გაამარტივეს. მათ მიერ შემოთავაზებული ახალი მეთოდი იყენებს უკვე არსებულ ლაბორატორიულ ინსტრუმენტებს, რაც კვანტური სისტემების ფართო სპექტრის მართვის საშუალებას იძლევა. კვლევა, რომელიც ჟურნალ Physical Review X-ში გამოქვეყნდა, ახალ შესაძლებლობებს ხსნის როგორც ფუნდამენტური ფიზიკის კვლევისთვის, ისე ულტრაზუსტი სენსორების შესაქმნელად.

სიმეტრიის დარღვევა კვანტურ სისტემებში

მკვლევართა ჯგუფი დაეყრდნო კავიტაციურ კვანტურ ელექტროდინამიკას (cavity QED). ამ ექსპერიმენტებში ატომები მოთავსებულია ოპტიკურ კავიტაციაში, სადაც ორი სარკე სინათლეს ატყვევებს. პრობლემა ის იყო, რომ ყველა ატომი სინათლესთან იდენტურად ურთიერთქმედებდა, რაც შეზღუდულ შედეგებს იძლეოდა.

„სისტემებს ზედმეტი სიმეტრია ჰქონდათ“, – აღნიშნავს კვლევის ავტორი, პროფესორი აშიშ კლერკი. „ჩვენ ვიპოვეთ მარტივი გზა ამ სიმეტრიის შესამცირებლად“. მეცნიერებმა დამატებითი ლაზერებისა და მაგნიტური ველების გამოყენებით ატომების ენერგეტიკული დონეები შეცვალეს. შედეგად, ატომებმა დაიწყეს განსხვავებული ქცევა, რაც სისტემის კონტროლირებადობას ინარჩუნებს.

კვანტური სენსორების პოტენციალი

ამ მიდგომის ერთ-ერთი ყველაზე პერსპექტიული გამოყენება კვანტური სენსორიკაა. ჩახლართული კვანტური მდგომარეობები საშუალებას იძლევა, დაფიქსირდეს მაგნიტური ან გრავიტაციული ველების უკიდურესად მცირე ცვლილებები. მკვლევარებმა დაამტკიცეს, რომ მათ სისტემას შეუძლია გაზომოს ველის გრადიენტები და ამავდროულად, ეფექტურად გაფილტროს გარემოს ხმაური.

„ჩვეულებრივ, ჩახლართულობა ძალიან მყიფეა. ჩვენი მიდგომა კი გვთავაზობს გასაოცარ მდგრადობას“, – აცხადებს კლერკი. სისტემა საშუალებას იძლევა, ინფორმაცია სტანდარტული მეთოდებით (მაგალითად, Ramsey-ის გაზომვებით) იქნას ამოღებული, რაც დამატებითი ეგზოტიკური ტექნოლოგიების საჭიროებას გამორიცხავს.

სამომავლო პერსპექტივები

გარდა სენსორებისა, მეთოდი საშუალებას იძლევა შეიქმნას ისეთი რთული მდგომარეობები, როგორიცაა AKLT მდგომარეობა, რომელიც ათწლეულების განმავლობაში იყო ფიზიკოსთა ინტერესის საგანი. მიუხედავად იმისა, რომ კვლევა ჯერ თეორიულ ეტაპზეა, მეცნიერები უკვე მუშაობენ ექსპერიმენტული ტესტირების გეგმებზე. მათ იმედი აქვთ, რომ ეს მარტივი „ინგრედიენტები“ დააჩქარებს კვანტური ტექნოლოგიების კომერციალიზაციას და პრაქტიკულ გამოყენებას.