Suurten esineiden välinen kvanttilomittuminen

Valo etenee keskellä olevan atomipilven läpi ja putoaa sitten vasemmalla esitetylle SiN-kalvolle. Valon kanssa tapahtuvan vuorovaikutuksen seurauksena atomispinien presessio ja kalvon värähtely kvanttikorreloivat. Tämä on atomien ja kalvon välisen lomittumisen sisin olemus.

Kööpenhaminan yliopiston Niels Bohr -instituutin tutkijaryhmä on onnistunut lomittamaan kaksi hyvin erilaista kvanttiobjektia.

Lomittuminen on kvanttiviestinnän ja kvanttitunnistuksen perusta. Se voidaan ymmärtää kahden objektin välisenä kvanttilinkkinä, joka saa ne käyttäytymään yhtenä kvanttiobjektina.

Nyt tutkijat onnistuivat tuottamaan lomittumisen mekaanisen oskillaattorin värisevän dielektrisen kalvon ja atomipilven välillä, kummankin toimiessa pienenä magneettina eli "spininä". Nämä hyvin erilaiset olemukset oli mahdollista kietoa toisiinsa yhdistämällä ne fotoneihin.

Atomit voivat olla hyödyllisiä kvantti-informaation käsittelyssä ja toisaalta kalvo tai mekaaniset kvanttijärjestelmät voivat olla hyödyllisiä kvantti-informaation tallennuksessa.

Ponnisteluja johtanut professori Eugene Polzik toteaa: "Tällä uudella tekniikalla olemme matkalla lomittumismahdollisuuksien rajojen ylittämiseen. Mitä suuremmat objektit ovat ja mitä kauempana toisistaan ja erilaisempia ne ovat, sitä mielenkiintoisempaa lomittumisesta tulee sekä perustavanlaatuisesta että sovellusten näkökulmasta. Uuden tuloksen myötä lomittuminen hyvin erilaisten esineiden välillä on tullut mahdolliseksi."

Erityinen esimerkki eri kvanttiobjektien lomittumisesta on kvanttitunnistaminen. Eri kohteilla on herkkyys erilaisille ulkoisille voimille. Esimerkiksi mekaanisia oskillaattoreita käytetään kiihtyvyysmittareina ja voima-antureina, kun taas atomisia spinejä käytetään magnetometreissä. Kun vain toinen kahdesta lomittuneesta kohteesta on ulkoisen häiriön alainen, lomittuminen sallii sen mittaamisen herkkyydellä, jota kohteen nollapistevaihtelut eivät rajoita.

Tähän liittyen tutkijat hahmottelevat seuraavaa laboratoriotyönään painovoima-aaltojen havaitseminen Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatoryn (LIGO) mittaustarkkuuden tehostamista.

LIGOn erittäin heikkoja aaltoja voidaan havaita, koska ne ravistavat interferometrin peilejä. Mutta jopa LIGOn herkkyyttä rajoittaa kvanttimekaniikka, koska nollapistevaihtelut ravistelevat myös laserinterferometrin peilejä. Nämä vaihtelut johtavat kohinaan, joka estää gravitaatioaaltojen aiheuttaman peilien pienpien liikkeiden havaitsemisen.

Periaatteessa on mahdollista muodostaa LIGO-peilien lomittuminen atomipilven kanssa ja siten poistaa peilien nollapistekohina samalla tavalla kuin kalvokohinan kohdalla tässä kokeessa uskovat tutkijat. Lomittumisesta johtuva täydellistä korrelaatiota peilien ja atomin spinien välillä voidaan käyttää epävarmuuden poistamiseksi. Otetaan vain informaatiota yhdestä systeemistä ja sovelletaan saatua tietämystä toiseen.

Tällä tavoin voidaan tutkia sekä LIGOn peilien sijaintia että liikemäärää samanaikaisesti siirtymällä ns. kvanttimekaniikasta vapaaseen alitilaan ja ottaen näin askeleen kohti liikkeen mittauksia rajattomilla tarkkuuksilla.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttirajoja hätistellen

Lomittumista huonelämpöisessä puolijohteessa