Forskere udvider kvanteforstærkning til Floquet-systemer

Detektion af svage signaler er et afgørende skridt i verificeringen af ​​fysikhypoteser og for at skabe gennembrud inden for banebrydende og grundlæggende fysikforskning. Men hvis signalerne er for svage til at måle, skal de forbedres. En attraktiv måde at forstærke signalerne på er kvanteforstærkning. De avancerede kvanteamplifikationsteknikker har stadig nogle begrænsninger, fordi de er afhængige af de iboende diskrete tilstandsovergange af atomer og molekyler og derfor mangler tunability, hvilket normalt kun forbedrer ét signal inden for et snævert frekvensområde.

For at løse dette problem udvidede forskerholdet ledet af prof. Peng Xinhua fra University of Science and Technology of China (USTC) fra det kinesiske videnskabsakademi, i samarbejde med prof. Dmitry Budker fra Helmholtz Institution i Mainz, kvanteforstærkning til periodisk drevne spins. Resultatet blev offentliggjort i Physical Review Letters .

Periodisk drevne systemer, eller Floquet-systemer, er beskrevet af tidsafhængige, periodiske Hamiltonianere. Et Floquet-system besidder energiniveauer med lige store energigab, og systemets tilstand kan springe mellem forskellige energiniveauer via resonansovergange. Kombinationen af ​​kvanteforstærkning og Floquet-systemet er lovende med hensyn til at overvinde begrænsningerne ved konventionelle kvanteforstærkningsmetoder.

Forskerne kørte med jævne mellemrum ¹²⁹ Xe ædelgas med et oscillerende felt. Hamiltonianerne af ¹²⁹ Xe-spin blev derefter tidsperiodiske, og systemet opnåede ekstra syntetiske dimensioner, som tillader resonansovergange i et bredere frekvensområde. Med denne ¹²⁹ Xe Floquet spin-system, forskere demonstrerede forstærkningen af ​​flere svage elektromagnetiske bølger samtidigt, både i teorien og eksperimentet.

Dette arbejde udvider kvanteforstærkning til Floquet-systemer og observerer en ny type amplifikationsfænomen - Floquet-spinforstærkning. Det overvinder i vid udstrækning begrænsningerne ved konventionelle forstærkere, øger operationsbåndbredden i femtotesla-niveau målinger og tillader forstærkning af mere end ét signal ved forskellige frekvenser i mellemtiden. Denne Floquet-forstærker muliggør en bred vifte af applikationer inden for præcisionsmålinger og i studiet af grundlæggende fysik. + Udforsk yderligere

Forskere observerer interferenseffekt mellem Floquet kvasipartikler ved hjælp af strontium optisk gitterur