Keadaan gelap kuantum memberikan keuntungan

Artikel ini telah ditinjau sesuai dengan proses dan kebijakan editorial Science X. Para editor telah menekankan atribut berikut sambil memastikan kredibilitas konten:

fakta diverifikasi

sumber terpercaya

membenarkan

OKE!

oleh Kenna Hughes-Castleberry, JILA

Atom bertingkat pada “roller coaster” potensial superradian di dalam rongga optik. Sistem ini dapat disetel untuk menghasilkan tekanan dalam kondisi gelap, yang akan kebal terhadap superradiasi. Kredit: Steven Burrows/Grup Rey

× tutup

Meskipun jam atom sudah menjadi alat pencatat waktu paling akurat di alam semesta, fisikawan berupaya keras untuk lebih meningkatkan akurasinya. Salah satu caranya adalah dengan menggunakan keadaan spin-squeezed pada atom jam.

Keadaan spin-squeezed adalah keadaan terjerat di mana partikel-partikel dalam suatu sistem bersekongkol untuk menghilangkan derau kuantumnya sendiri. Oleh karena itu, negara-negara bagian ini menawarkan peluang besar untuk metrologi yang ditingkatkan kuantum karena memungkinkan pengukuran yang lebih tepat. Namun, sulit untuk mempersiapkan dan mempertahankan keadaan spin-locked dalam transisi optik yang diinginkan dengan sedikit noise eksternal.

Salah satu cara tertentu untuk menghasilkan keadaan spin-squeezed, atau squeezing, adalah dengan menempatkan atom jam dalam rongga optik, seperangkat cermin tempat cahaya dapat memantul berkali-kali. Di dalam rongga tersebut, atom dapat menyinkronkan emisi fotonnya untuk memancarkan kilatan cahaya yang jauh lebih terang dibandingkan hanya dari atom mana pun, sebuah fenomena yang dikenal sebagai superradiance. Bergantung pada bagaimana superradiance digunakan, hal ini dapat menyebabkan keterikatan atau, alternatifnya, dapat mengganggu keadaan kuantum yang diinginkan.

Dalam penelitian sebelumnya, yang dilakukan melalui kolaborasi antara JILA dan NIST Fellows, Ana Maria Rey dan James Thompson, para peneliti menemukan bahwa atom bertingkat (dengan lebih dari dua keadaan energi internal) menawarkan peluang unik untuk memanfaatkan emisi superradian dengan menginduksi atom, untuk batalkan emisi satu sama lain dan tetap gelap.

Sekarang, seperti yang dilaporkan dalam dua makalah baru yang diterbitkan dalam Physical Review Letters dan Physical Review A, Rey dan timnya telah menemukan metode yang tidak hanya menciptakan kondisi gelap di dalam rongga, namun yang lebih penting, mengompresi kondisi tersebut. Temuan mereka dapat membuka peluang luar biasa untuk menghasilkan jam rumit yang secara menarik dapat mendorong batas-batas metrologi kuantum.

Berguling ke dalam kegelapan dengan roller coaster yang sangat bersinar

Selama beberapa tahun, Rey dan timnya telah mempelajari kemungkinan memanfaatkan cahaya super dengan menciptakan keadaan gelap di dalam rongga. Karena keadaan gelap adalah konfigurasi unik di mana jalur emisi cahaya biasa berinterferensi secara destruktif, keadaan ini tidak memancarkan cahaya. Rey dan timnya menunjukkan bahwa keadaan gelap dapat terwujud ketika atom-atom yang dipersiapkan dalam keadaan awal tertentu ditempatkan dalam sebuah rongga.

Keadaan kuantum yang disiapkan dapat tetap tahan terhadap efek superradiance atau emisi cahaya rongga. Atom masih bisa memancarkan cahaya di luar rongga, tetapi dengan kecepatan yang jauh lebih lambat dibandingkan superradiance.

Mantan peneliti pascadoktoral JILA Asier Piñeiro Orioli, peneliti utama pada penelitian sebelumnya dengan Thompson dan juga kontributor pada dua penelitian yang baru-baru ini diterbitkan, menemukan cara sederhana untuk memahami pembentukan keadaan gelap di rongga dalam istilah yang mereka sebut potensi superluminous. .

Rey berkata: “Kita bisa membayangkan potensi superradiasi seperti roller coaster yang dilalui atom. Saat atom jatuh dari bukit, mereka memancarkan cahaya secara bersamaan, namun bisa terhenti saat mencapai lembah. Di lembah, atom membentuk kegelapan .” menyatakan dan akan berhenti memancarkan cahaya ke dalam rongga.’

Dalam penelitian mereka sebelumnya dengan Thompson, para peneliti JILA menemukan bahwa keadaan gelap setidaknya harus terjerat.

“Pertanyaan yang kami coba jawab dalam dua karya baru ini adalah apakah keduanya bisa menjadi gelap dan sangat terjerat pada saat yang sama,” jelas penulis pertama Bhuvanesh Sundar, mantan peneliti pascadoktoral JILA. “Bagian yang menarik adalah kami tidak hanya menemukan bahwa jawabannya adalah ya, namun jenis keadaan terjepit ini relatif mudah untuk dipersiapkan.”

Informasi lebih lanjut:
Bhuvanesh Sundar dkk, Memeras Atom Bertingkat di Keadaan Gelap melalui Cavity Superradiance, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.033601. Di arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2302.10828

Bhuvanesh Sundar dkk, Pemerasan empat mode disipatif terkontrol pada atom bertingkat dalam rongga optik, Tinjauan Fisik A (2024). DOI: 10.1103/PhysRevA.109.013713. Di arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2309.10717