Observerer makroskopiske kvanteeffekter i mørke

Vær hurtig, undgå lys og rul gennem en kurvet rampe:Dette er opskriften på et banebrydende eksperiment foreslået af teoretiske fysikere i et nyligt papir offentliggjort i Physical Review Letters . Et objekt, der udvikler sig i et potentiale skabt gennem elektrostatiske eller magnetiske kræfter, forventes hurtigt og pålideligt at generere en makroskopisk kvantesuperpositionstilstand.

Grænsen mellem hverdagens virkelighed og kvanteverdenen er stadig uklar. Jo mere massivt et objekt, desto mere lokaliseret bliver det, når det bliver gjort til kvante gennem nedkøling af dets bevægelse til det absolutte nul.

Forskere, ledet af Oriol Romero-Isart fra Institut for Kvanteoptik og Kvanteinformation (IQOQI) ved det østrigske videnskabsakademi (ÖAW) og Institut for Teoretisk Fysik ved Universitetet i Innsbruck, foreslår et eksperiment, hvor en optisk leviteret nanopartikel , afkølet til sin grundtilstand, udvikler sig i et ikke-optisk ("mørkt") potentiale skabt af elektrostatiske eller magnetiske kræfter. Denne udvikling i det mørke potentiale forventes hurtigt og pålideligt at generere en makroskopisk kvantesuperpositionstilstand.

Laserlys kan afkøle en glaskugle i nanoskala til dens bevægelsesmæssige grundtilstand. Efterladt alene, bombarderet af luftmolekyler og spredning af indkommende lys, varmes sådanne glaskugler hurtigt op og forlader kvanteregimet, hvilket begrænser kvantekontrollen. For at undgå dette foreslår forskerne at lade kuglen udvikle sig i mørket, med lyset slukket, udelukkende styret af uensartede elektrostatiske eller magnetiske kræfter. Denne udvikling er ikke kun hurtig nok til at forhindre opvarmning af herreløse gasmolekyler, men løfter også den ekstreme lokalisering og præger utvetydigt kvantetræk.

Den seneste artikel i Physical Review Letters diskuterer også, hvordan dette forslag omgår de praktiske udfordringer ved denne type eksperimenter. Disse udfordringer omfatter behovet for hurtige eksperimentelle kørsler, minimal brug af laserlys for at undgå dekohærens og evnen til hurtigt at gentage eksperimentelle kørsler med den samme partikel. Disse overvejelser er afgørende for at afbøde virkningen af ​​lavfrekvent støj og andre systematiske fejl.

Dette forslag er blevet grundigt diskuteret med eksperimentelle partnere i Q-Xtreme, et ERC Synergy Grant-projekt. "Den foreslåede metode er tilpasset den nuværende udvikling i deres laboratorier, og de skulle snart være i stand til at teste vores protokol med termiske partikler i det klassiske regime, hvilket vil være meget nyttigt til at måle og minimere støjkilder, når lasere er slukket," siger den. teorihold af Oriol Romero-Isart.

"Vi mener, at selvom det ultimative kvanteeksperiment vil være uundgåeligt udfordrende, burde det være muligt, da det opfylder alle de nødvendige kriterier for at forberede disse makroskopiske kvantesuperpositionstilstande."

Flere oplysninger: M. Roda-Llordes et al., Macroscopic Quantum Superpositions via Dynamics in a Wide Double-Well Potential, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.023601

Journaloplysninger: Physical Review Letters

Leveret af University of Innsbruck