Sciencemag.cz
Doporučujeme
Zákony kvantové fyziky řídí chování částic na miniaturních škálách, což vede k jevům, jako je kvantové provázání, které nelze vysvětlit klasickou fyzikou. V průběhu minulého století fyzikové úspěšně pozorovali kvantové jevy ve stále větších objektech, od fotonů a subatomárních částic až po molekuly, které obsahují tisíce atomů. Vzniká otázka, zda mezi kvantovým a klasickým světem existuje nějaká principiální hranice.
V poslední době se obor levitující optomechaniky, který se zabývá ovládáním objektů s vysokou hmotností v mikronovém měřítku ve vakuu, snaží posunout hranice a testovat platnost kvantových jevů u objektů o několik řádů těžších než atomy a molekuly. S rostoucí hmotností a velikostí objektu se však interakce, jako je provázanost, ztrácejí v šumu prostředí, což vede k tomu, že pozorujeme klasické chování systému.
Jayadev Vijayan z University of Manchester a jeho kolegové z ETH Zurich a University of Innsbruck vytvořili nový přístup k překonání tohoto problému v experimentu provedeném na ETH Zurich. „Abychom mohli pozorovat kvantové jevy ve větších měřítkách a osvětlit přechod mezi klasickým a kvantovým prostředím, je třeba zachovat kvantové vlastnosti v přítomnosti šumu z okolního prostředí. Jak si dokážete představit, existují dva způsoby, jak toho dosáhnout: jedním je potlačení šumu a druhým je posílení kvantových vlastností,“ uvádí J. Vijayan. „Náš výzkum ukazuje způsob, jak se s touto výzvou vypořádat pomocí druhého přístupu. Ukázali jsme, že interakce potřebné pro entanglement (kvantové provázání) mezi dvěma opticky uvězněnými skleněnými částicemi o velikosti 0,1 mikrometru lze zesílit o několik řádů, a překonat tak ztráty kvantových vlastností způsobené okolím.“
Vědci umístili částice mezi dvě vysoce odrazivá zrcadla, která tvoří optickou dutinu. Fotony rozptýlené každou částicí pak odrazí mezi zrcadly několiktisíckrát, než opustí dutinu, což vede k výrazně vyšší šanci na interakci s druhou částicí. Tímto způsobem bylo možné spárovat mikronové částice na vzdálenost několika milimetrů. Výzkumníci také prokázali pozoruhodnou schopnost jemně nastavit nebo řídit sílu interakce změnou frekvence laseru a polohy částic v dutině.
Výsledkem práce mohou být např. velmi výkonné (velké, hmotné…) kvantové senzory. Daly by se používat v mnoha různých aplikacích, průvodní tisková zpráva zmiňuje například monitorování polárního ledu pro výzkum klimatu nebo měření zrychlení pro účely navigace.
Nyní bude tým výzkumníků kombinovat nové možnosti s dobře zavedenými technikami kvantového chlazení, a pokročí tak k ověření kvantového provázání. Pokud se to podaří, mohlo by dosažení provázanosti levitujících nanočástic a mikročástic zmenšit propast mezi kvantovým světem a každodenní klasickou mechanikou.
Cavity-mediated long-range interactions in levitated optomechanics, Nature Physics (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02405-3. www.nature.com/articles/s41567-024-02405-3
Zdroj: University of Manchester / Phys.org
