Znajdź zawartość

Naukowcy z California Institute of Technology (Caltech) we współpracy z uczonymi z Uniwersytetu Wiedeńskiego po raz pierwszy w historii schłodzili za pomocą lasera miniaturowy obiekt mechaniczny do najniższego możliwego stanu energetycznego. Osiągnięcie to umożliwi przeprowadzenie w przyszłości eksperymentów, które dotychczas nie były możliwe. Użyliśmy światła do wprowadzenia masywnego systemu mechanicznego - składającego się z miliardów atomów- w stan, w którym zachowuje się on zgodnie z prawami mechaniki kwantowej. W przeszłości można było tego dokonać tylko w przypadku pojedynczych jonów i atomów schwytanych w pułapki - powiedział główny autor badań, profesor Oskar Painter. Uczony i jego zespół najpierw stworzyli bardzo precyzyjną krzemową belkę o długości liczonej w mikrometrach i dobrali częstotliwość światła laserowego tak, by mogło ono dotrzeć do systemu i, po odbiciu, odebrać zeń energię cieplną. Dzięki niezwykłej precyzji wykonania każdego elementu oraz osłony izolującej całość od wpływów środowiska doprowadzili system do stanu podstawowego, w którym drgania mechaniczne są zredukowane do absolutnego minimum. W takim stanie można wykryć bardzo niewielkie siły i masy oddziałujące na system. Zwykle ich obecność jest maskowana drganiami. Nasz eksperyment otwiera drogę do przeprowadzenia bardzo interesujących badań z zakresu mechaniki kwantowej - stwierdził profesor Painter. Pozwoli to np. na sprawdzenie czy systemy mechaniczne mogą zostać wprowadzone w stan splątania kwantowego. Aby osiągnąć stan podstawowy, konieczne było schłodzenie belki do temperatury poniżej 100 milikelwinów. Dopiero wówczas udałoby się usunąć „szum" w postaci fononów, które w olbrzymiej ilości są tworzone w temperaturze pokojowej. Tradycyjne metody kriogeniczne mogły się nie sprawdzić, gdyż po pierwsze wymagają użycia bardzo drogiego sprzętu, a po drugie, nie można ich zastosować w każdym przypadku. Postanowiliśmy użyć fotonów do usunięcia fononów z systemu - powiedział Jasper Chan, jeden z naukowców biorących udział w eksperymencie. Uczeni wywiercili w krzemowej belce otwory, które po potraktowaniu światłem o określonej długości fali, zadziałały jak pułapki, w które złapało się światło. Doszło wówczas do silnej interakcji światła z drganiami mechanicznymi. Jako, że przesunięcie w częstotliwości światła jest wprost związane z ruchem termicznym obiektu, to światło, gdy już wydostanie się z pułapki, zabiera ze sobą takie informacje o systemie mechanicznym jak np. ruch i temperatura. W ten sposób powstał przetwornik optomechaniczny, który zamieniał informacje o systemie mechanicznym w światło. Taki przetwornik może zostać wykorzystany do łączenia różnych systemów kwantowych.