ध्यान से ट्यून किया गया लेजर बीम शोर से क्वांटम स्पिन की रक्षा करता है

शोधकर्ताओं ने परमाणुओं को जानकारी खोने से बचाने के लिए एक सरल अभी तक शक्तिशाली तरीके की खोज की है - विश्वसनीय क्वांटम प्रौद्योगिकियों को विकसित करने में एक महत्वपूर्ण चुनौती।

परमाणुओं की एक गैस पर एक एकल, सावधानी से ट्यून किए गए लेजर बीम को चमकाने से, वे परमाणुओं के आंतरिक स्पिन को सिंक्रनाइज़ करने में कामयाब रहे, नाटकीय रूप से उस दर को कम करने के लिए जिस पर जानकारी खो जाती है। क्वांटम सेंसर और मेमोरी सिस्टम में, परमाणु अक्सर अपने चुंबकीय अभिविन्यास - या "स्पिन" - को खो देते हैं, जब वे एक दूसरे या अपने कंटेनर की दीवारों से टकराते हैं।

यह घटना, जिसे स्पिन विश्राम के रूप में जाना जाता है, इस तरह के उपकरणों के प्रदर्शन और स्थिरता को गंभीर रूप से सीमित करता है। पारंपरिक तरीकों का मुकाबला करने के लिए इसे बेहद कम चुंबकीय क्षेत्रों में संचालित करने और भारी चुंबकीय परिरक्षण का उपयोग करने की आवश्यकता है।

नई विधि उन बाधाओं को पूरी तरह से दरकिनार कर देती है। सिस्टम को चुंबकीय रूप से परिरक्षण करने के बजाय, यह परमाणु ऊर्जा के स्तर को सूक्ष्मता से स्थानांतरित करने के लिए प्रकाश का उपयोग करता है, परमाणुओं के स्पिन को संरेखित करता है और उन्हें सिंक में रखता है, यहां तक ​​कि वे चलते हैं और टकराते हैं। यह एक अधिक लचीला स्पिन स्थिति बनाता है जो स्वाभाविक रूप से डिकेरेंस से सुरक्षित है।

गर्म सीज़ियम वाष्प के साथ प्रयोगशाला प्रयोगों में, तकनीक ने 10 के कारक से स्पिन क्षय को कम कर दिया और चुंबकीय संवेदनशीलता में काफी सुधार किया। यह सफलता दर्शाती है कि प्रकाश का एक बीम परमाणु स्पिन के सुसंगत समय का विस्तार कर सकता है, अधिक कॉम्पैक्ट, सटीक और मजबूत क्वांटम सेंसर, मैग्नेटोमीटर और मेमोरी उपकरणों के लिए दरवाजा खोल सकता है।

कॉर्नेल विश्वविद्यालय में स्कूल ऑफ एप्लाइड एंड इंजीनियरिंग फिजिक्स के सहयोग से, नैनोसाइंस एंड नैनोटेक्नोलॉजी के लिए हिब्रू विश्वविद्यालय के एप्लाइड फिजिक्स एंड सेंटर के लिए भौतिकविदों की एक टीम ने पर्यावरण "शोर" से परमाणु स्पिन्स को ढालने के लिए एक शक्तिशाली नई विधि का अनावरण किया है, जो कि प्रक्षेपण और दुस्साहस के लिए एक प्रमुख कदम है।

अध्ययन, "अल्कली का ऑप्टिकल प्रोटेक्शन - मेटल परमाणु स्पिन रिलैक्सेशन से," एव्राहम बेररेबी, मार्क डिकोपोल्टसेव, प्रो। ओरी काट्ज़ (हिब्रू विश्वविद्यालय), और प्रो। या काट्ज़ (कॉर्नेल विश्वविद्यालय) द्वारा प्रकाशित किया गया है।भौतिक समीक्षा पत्रऔर संभावित रूप से उन क्षेत्रों में क्रांति ला सकते हैं जो चुंबकीय संवेदन और परमाणु सुसंगतता पर निर्भर करते हैं।

अप्रकाशित इलेक्ट्रॉनों के साथ परमाणुओं - जैसे कि सीज़ियम वाष्प में उन लोगों के रूप में - में "स्पिन" की एक संपत्ति होती है, जो चुंबकीय क्षेत्रों के साथ दृढ़ता से बातचीत करती है और इसलिए इसका उपयोग अल्ट्रा - चुंबकीय क्षेत्रों, गुरुत्वाकर्षण, और यहां तक ​​कि मस्तिष्क गतिविधि के संवेदनशील माप के लिए किया जा सकता है। लेकिन ये स्पिन कुख्यात हैं।

यहां तक ​​कि आसपास के परमाणुओं या कंटेनर की दीवारों से सबसे अधिक गड़बड़ी उन्हें अपने अभिविन्यास को खोने का कारण बन सकती है, एक प्रक्रिया जिसे स्पिन विश्राम के रूप में जाना जाता है। अब तक, इन स्पिन को इस तरह के हस्तक्षेप से बचाने के लिए जटिल सेटअप की आवश्यकता होती है या केवल बहुत विशिष्ट परिस्थितियों में काम किया जाता है। नई विधि बदल जाती है।

एक ढाल के रूप में लेजर प्रकाश

शोधकर्ताओं ने एक तकनीक विकसित की है जो चुंबकीय क्षेत्र - में परमाणु स्पिन के पूर्ववर्ती को सिंक्रनाइज़ करने के लिए एक एकल, सटीक रूप से ट्यून किए गए लेजर बीम का उपयोग करती है, यहां तक ​​कि परमाणु लगातार एक दूसरे और उनके परिवेश से टकराते हैं।

एक परिदृश्य की कल्पना करें जहां सैकड़ों छोटे कताई टॉप एक बॉक्स के भीतर सीमित हैं। आमतौर पर, इन टॉप के बीच की बातचीत उनके स्पिन कॉन्फ़िगरेशन को बाधित कर सकती है, जिससे पूरे सिस्टम को सिंक से बाहर गिरा दिया जा सकता है। यह प्रभाव उच्च चुंबकीय क्षेत्रों में बहुत अधिक प्रभावी हो जाता है, क्योंकि TOPS प्रक्रिया और उनके अभिविन्यास को बहुत अधिक तेजी से बदलते हैं।

हालांकि, एक विशिष्ट विधि सिस्टम के भीतर सिंक्रनाइज़ेशन को बनाए रखने के लिए प्रकाश का उपयोग करती है। विभिन्न स्पिन कॉन्फ़िगरेशन में अंतर को संबोधित करके, प्रकाश प्रभावी रूप से सभी टॉप को सद्भाव में कताई करता है, विकार को रोकता है और कताई संस्थाओं के बीच सहकारी व्यवहार को सक्षम करता है, यहां तक ​​कि उच्च चुंबकीय क्षेत्रों में भी। यह दृष्टिकोण प्रकाश और परमाणु स्पिन गतिशीलता के बीच आकर्षक अंतर को उजागर करता है।

शोधकर्ताओं ने नौ - में सुधार किया कि कब तक सीज़ियम परमाणुओं ने अपने स्पिन ओरिएंटेशन को बनाए रखा। उल्लेखनीय रूप से, यह सुरक्षा तब भी काम करती है जब परमाणु विशेष एंटी - विश्राम - लेपित सेल की दीवारों और लगातार आंतरिक टकरावों का अनुभव कर रहे हैं।

वास्तविक - विश्व क्षमता

यह तकनीक उन उपकरणों को बढ़ा सकती है जो परमाणु स्पिन पर भरोसा करते हैं, जिनमें शामिल हैं:

मेडिकल इमेजिंग, पुरातत्व और अंतरिक्ष अन्वेषण में उपयोग किए जाने वाले क्वांटम सेंसर और मैग्नेटोमीटर

सटीक नेविगेशन सिस्टम जो जीपीएस पर भरोसा नहीं करते हैं

क्वांटम सूचना प्लेटफॉर्म जहां स्पिन स्थिरता संग्रह और प्रसंस्करण जानकारी के लिए महत्वपूर्ण है

क्योंकि विधि "गर्म" वातावरण में काम करती है और इसे चरम शीतलन या जटिल क्षेत्र ट्यूनिंग की आवश्यकता नहीं होती है, यह मौजूदा दृष्टिकोणों की तुलना में वास्तविक - विश्व अनुप्रयोगों के लिए अधिक व्यावहारिक हो सकता है।

"यह दृष्टिकोण क्वांटम सिस्टम को शोर से बचाने में एक नया अध्याय खोलता है," शोधकर्ताओं ने कहा। "परमाणुओं की प्राकृतिक गति का उपयोग करके और एक स्टेबलाइजर के रूप में प्रकाश का उपयोग करके, हम अब पहले से कहीं अधिक परिस्थितियों की एक विस्तृत श्रृंखला में सुसंगतता को संरक्षित कर सकते हैं।"

अनुसंधान परमाणु भौतिकी में दशकों के काम पर बनाता है, लेकिन यह सरल, सुरुचिपूर्ण समाधान - प्रकाश का उपयोग करके परमाणुओं को समन्वित करने के लिए - एक छलांग है। यह निकट भविष्य में अधिक मजबूत, सटीक और सुलभ क्वांटम प्रौद्योगिकियों के लिए मार्ग प्रशस्त कर सकता है।