Klokke-korrelationer målt i en halv million atomer

(Phys.org) – Fysikere har påvist Bell-korrelationer i det hidtil største fysiske system – et ensemble på en halv million atomer ved en ultrakold temperatur på 25 µK. Tilstedeværelsen af ​​Bell-korrelationer indikerer, at alle atomerne deler ikke-lokale kvantekorrelationer med hinanden. Disse korrelationer kunne en dag bruges i kvanteinformationssystemer og til at designe nye test af kvantemekanik.

Forskerne, ledet af Mark Kasevich ved Stanford University, har udgivet et papir om det store system, der viser Bell-type kvantekorrelationer i et nyligt nummer af Fysisk gennemgangsbreve .

"Vores resultater illustrerer rigdommen af ​​kvante-mange-legeme-tilstande, der involverer mange sammenfiltrede systemer, " fortalte Kasevich Phys.org . "Lidt er kendt ved denne grænse."

For at bruge kvantekorrelationer til praktiske formål, korrelationerne skal måles. Indtil for nylig, den eneste måde at måle Bell-korrelationer i et system af atomer (eller andre komponenter) var at måle korrelationerne mellem alle de individuelle atomer. Men for nogle år siden, fysikere udviklede en ny metode til at måle Bell-korrelationer, der ikke kræver måling af individuelle komponenter, men kan gøres ved at måle de kollektive egenskaber for systemet som helhed. Sidste år, videnskabsmænd brugte denne metode til at demonstrere Bell-korrelationer i et Bose-Einstein-kondensat på omkring 500 atomer.

I den nye undersøgelse, forskerne har øget dette tal til rekordhøje 500, 000 atomer. At gøre dette, de brugte en metode kaldet spin squeezing, hvor de startede med at forberede alle atomernes spins i en superposition af op og ned tilstande. Forskerne reducerede (eller "klemmede") derefter usikkerheden af ​​en spin-komponent under den tilladte værdi for ukorrelerede atomer, som samtidig øger usikkerheden af ​​den konjugerede spin-komponent for at tilfredsstille usikkerhedsprincippet. Ved at foretage kollektive målinger på spin-egenskaberne for hele systemet, forskerne viste, at spin-tilstandene udviser sammenhænge ud over, hvad der forventes af klassisk fysik.

I øjeblikket, det er uklart præcist, hvordan ikke-lokale Bell-korrelationer kan bruges i så store systemer. I mindre systemer, Klokkekorrelationer er blevet brugt til at generere tilfældige tal, som har applikationer i kryptografi. Fysikerne forventer også, at de eksperimentelle metoder, der er brugt her, kan bruges til at teste kvanteteoriens forudsigelser.

"Vi håber at teste kvantemekanik på nyhedsmåder med rumligt udvidede versioner af de stater, der bruges i dette arbejde, " sagde Kasevich. "Forestil dig en kvantetilstand med mange kroppe, der strækker sig over en meter, der involverer tusindvis af korrelerede partikler. De pressede tilstande, der bruges til dette arbejde, har også praktisk anvendelse i sensorer, da de kan udnyttes til at reducere sensorstøj."

© 2017 Phys.org