Răcirea undelor radio la starea lor cuantică de bază

Cercetătorii de la Universitatea de Tehnologie Delft au descoperit o nouă modalitate de a răci undele radio până la starea lor cuantică de bază. Pentru a face acest lucru, au folosit circuite care utilizează un analog al așa-numitei tehnologii de răcire cu laser, adesea folosită pentru răcirea probelor atomice. Dispozitivul a folosit o tehnică recent dezvoltată, cercetătorii au numit cuplarea foton-presiune, care este de așteptat să fie utilă pentru detectarea semnalelor de rezonanță magnetică extrem de slabă (RMN) sau pentru aplicații de detectare cuantică care pot ajuta la căutarea materiei întunecate. Rezultatele au fost publicate în progresul științific.

Undele radio pe care le întâlnim în mod normal în viața noastră de zi cu zi, cum ar fi cele pe care le ascultăm în mașină sau cele care trimit semnale către monitoarele pentru bebeluși din casa noastră, sunt fierbinți: conțin zgomot cauzat de mișcarea aleatorie a atomi În lucrurile pe care le emit și chiar în antenă, le folosești pentru a le asculta. Acesta este unul dintre motivele pentru care puteți auzi un bip constant când acordați radioul din mașină la o frecvență care nu are un post de radio.

valuri de răcire

O modalitate de a reduce acest zgomot este de a răci undele radio, de exemplu prin răcirea antenei care le primește la o temperatură apropiată de zero absolut. Atomii din antenă nu vor vibra la fel de mult, iar zgomotul va fi redus. Aceasta este de fapt ceea ce se face într-un computer cuantic supraconductor, care este răcit la 10 milliKelvin pentru a preveni ca acești atomi vibrați să producă zgomot în semnalele de gigaherți cu care lucrează.

„Cu toate acestea”, spune Ines Rodrigues, cercetător la TU Delft, „unele aplicații, cum ar fi RMN, materie întunecată Descoperirea sau radioastronomia, sunt interesați de semnale ultra-slabe la frecvențe MHz. „Pentru aceste semnale, răcirea la 10 mK nu este suficientă. Chiar și la temperaturi foarte scăzute, mișcarea aleatorie a atomilor din dispozitiv sau antenă este suficientă pentru a adăuga zgomot la semnalul de undă radio. Pentru a scăpa de zgomotul rezidual, este necesar să se răcească unde radio Dincolo de asta. Dar cum?

Cuplarea fotonilor

În această lucrare, cercetătorii Delft au găsit o nouă modalitate de a contracara zgomotul atomilor vibrați. Folosind circuite care utilizează un analog al tehnologiei de răcire cu laser utilizate adesea pentru răcirea norilor atomici, autorii au răcit semnalele de undă radio din dispozitivele lor până la o stare de bază cuantică. „Zgomotul dominant rămas în circuit se datorează doar fluctuațiilor cuantice, zgomotului care provine din ciudatele săruri cuantice pe care le-a prezis Mecanica cuanticăspune liderul grupului Gary Steele de la TU Delft. Grupul Steele este specializat în detectarea cuantică folosind circuite cuantice supraconductoare.

Dispozitivul a folosit o tehnică recent dezvoltată pe care autorii o numesc cuplare de presiune fotonică. Se așteaptă ca această metodă să aibă aplicații interesante în detectarea semnalelor de rezonanță magnetică foarte slabe (RMN); Poate fi folosit de mulți Informații cantitative Adresați aplicații care implică un domeniu rapid de calcul cuantic. Mai mult decât atât, ar putea fi folosit în așa-numitele aplicații de detectare cuantică și ar putea ajuta la căutarea materiei întunecate, un tip ciudat, dar nedescoperit de particule care ar putea explica întrebări deschise în gravitație și cosmologie.