Mae ymchwilwyr wedi darganfod ffordd syml ond pwerus i amddiffyn atomau rhag colli gwybodaeth - yn her allweddol wrth ddatblygu technolegau cwantwm dibynadwy.
Trwy ddisgleirio pelydr laser sengl, wedi'i diwnio'n ofalus, ar nwy o atomau, fe wnaethant lwyddo i gadw troelli mewnol yr atomau wedi'u cydamseru, gan leihau'n ddramatig y gyfradd y collir gwybodaeth arni. Mewn synwyryddion cwantwm a systemau cof, mae atomau yn aml yn colli eu cyfeiriadedd magnetig - neu "troelli" - pan fyddant yn gwrthdaro â'i gilydd neu waliau eu cynhwysydd.
Mae'r ffenomen hon, a elwir yn ymlacio troelli, yn cyfyngu'n ddifrifol ar berfformiad a sefydlogrwydd dyfeisiau o'r fath. Mae dulliau traddodiadol i'w gwrthweithio wedi gofyn am weithredu mewn meysydd magnetig isel iawn a defnyddio cysgodi magnetig swmpus.
Mae'r dull newydd yn ochri ar y cyfyngiadau hynny yn gyfan gwbl. Yn lle cysgodi'r system yn magnetig, mae'n defnyddio golau i symud lefelau egni atomig yn gynnil, gan alinio troelli’r atomau a’u cadw mewn sync, hyd yn oed wrth iddynt symud a gwrthdaro. Mae hyn yn creu cyflwr troelli mwy gwydn sy'n cael ei amddiffyn yn naturiol rhag dadwaddol.
Mewn arbrofion labordy gydag anwedd cesiwm cynnes, gostyngodd y dechneg pydredd troelli gan ffactor o 10 a sensitifrwydd magnetig yn sylweddol well. Mae'r datblygiad arloesol hwn yn dangos y gall trawst sengl o olau ymestyn amser cydlyniant troelli atomig, gan agor y drws i synwyryddion cwantwm mwy cryno, cywir a chadarn, magnetomedrau a dyfeisiau cof.
Mae tîm o ffisegwyr o Adran Ffiseg Gymhwysol y Brifysgol Hebraeg a Chanolfan Nanowyddoniaeth a Nanotechnoleg, mewn cydweithrediad â'r Ysgol Ffiseg Gymhwysol a Pheirianneg ym Mhrifysgol Cornell, wedi datgelu dull newydd pwerus i gysgodi troelli atomig o "sŵn" {{{0} Systemau.
Mae'r astudiaeth, "Amddiffyn Optegol Alcali - atomau metel o ymlacio troelli," gan Avraham Berrebi, Mark DikopoltSev, yr Athro Ori Katz (Prifysgol Hebraeg), a'r Athro neu Katz (Prifysgol Cornell), wedi'i chyhoeddiLlythyrau Adolygu Corfforola gall o bosibl chwyldroi meysydd sy'n dibynnu ar synhwyro magnetig a chydlyniant atomig.
Mae gan atomau ag electronau heb bâr - fel y rhai yn Cesium Vapor - eiddo "troelli," rhyngweithio'n gryf â meysydd magnetig ac felly gellir eu defnyddio ar gyfer mesuriadau sensitif ultra - sensitif o feysydd magnetig, disgyrchiant, a hyd yn oed gweithgaredd ymennydd. Ond mae'r troelli hyn yn hynod fregus.
Gall hyd yn oed yr aflonyddwch lleiaf o atomau cyfagos neu waliau cynhwysydd beri iddynt golli eu cyfeiriadedd, proses a elwir yn ymlacio troelli. Hyd yn hyn, mae amddiffyn y troelli hyn rhag ymyrraeth o'r fath wedi gofyn am setiau cymhleth neu wedi gweithio o dan amodau penodol iawn yn unig. Mae'r dull newydd yn newid hynny.
Golau laser fel tarian
Datblygodd yr ymchwilwyr dechneg sy'n defnyddio pelydr laser sengl wedi'i diwnio'n fanwl i gydamseru dirywiad troelli atomig yn y maes magnetig - hyd yn oed wrth i'r atomau wrthdaro'n gyson â'i gilydd a'u hamgylchedd.
Dychmygwch senario lle mae cannoedd o gopaon nyddu bach wedi'u cyfyngu o fewn blwch. Yn nodweddiadol, gall y rhyngweithio rhwng y topiau hyn amharu ar eu cyfluniadau troelli, gan beri i'r system gyfan ddisgyn allan o sync. Mae'r effaith hon yn dod yn llawer mwy trech mewn meysydd magnetig uchel, wrth i'r topiau brosesu a newid eu cyfeiriadedd yn llawer cyflymach.
Fodd bynnag, mae dull penodol yn defnyddio golau i gynnal cydamseriad yn y system. Trwy fynd i'r afael â'r gwahaniaethau yn y gwahanol gyfluniadau troelli, mae'r golau i bob pwrpas yn cadw'r holl dopiau i nyddu mewn cytgord, gan atal anhrefn a galluogi ymddygiad cydweithredol ymhlith yr endidau nyddu, hyd yn oed ar feysydd magnetig uchel. Mae'r dull hwn yn tynnu sylw at y cydadwaith hynod ddiddorol rhwng dynameg troelli golau ac atomig.
Cyflawnodd yr ymchwilwyr welliant plygu naw - o ran pa mor hir yr oedd atomau cesiwm yn cynnal eu cyfeiriadedd troelli. Yn rhyfeddol, mae'r amddiffyniad hwn yn gweithio hyd yn oed pan fydd yr atomau yn bownsio oddi ar wrth -- ymlacio - waliau celloedd wedi'u gorchuddio ac yn profi gwrthdrawiadau mewnol aml.
Potensial byd - byd
Gallai'r dechneg hon wella dyfeisiau sy'n dibynnu'n sylweddol ar droelli atomig, gan gynnwys:
Synwyryddion cwantwm a magnetomedrau a ddefnyddir mewn delweddu meddygol, archeoleg ac archwilio'r gofod
Systemau llywio manwl nad ydyn nhw'n dibynnu ar GPS
Llwyfannau gwybodaeth cwantwm lle mae sefydlogrwydd troelli yn allweddol i storio a phrosesu gwybodaeth
Oherwydd bod y dull yn gweithio mewn amgylcheddau "cynnes" ac nad oes angen oeri eithafol na thiwnio caeau cymhleth arno, gallai fod yn fwy ymarferol ar gyfer cymwysiadau byd - go iawn na'r dulliau presennol.
"Mae'r dull hwn yn agor pennod newydd wrth amddiffyn systemau cwantwm rhag sŵn," meddai'r ymchwilwyr. "Trwy harneisio mudiant naturiol atomau a defnyddio golau fel sefydlogwr, gallwn nawr gadw cydlyniad ar draws ystod ehangach o amodau nag erioed o'r blaen."
Mae'r ymchwil yn adeiladu ar ddegawdau o waith mewn ffiseg atomig, ond mae'r datrysiad syml, cain hwn - gan ddefnyddio golau i gydlynu atomau - yn naid ymlaen. Efallai y bydd yn paratoi'r ffordd ar gyfer technolegau cwantwm mwy cadarn, cywir a hygyrch yn y dyfodol agos.
