Bisher war die Erzeugung von quantenübergreifenden Überlagerungen von ultra kaufenden Atomen echte Kopfschmerzen, die im Labor zu langsam realistisch sind. Forscher der University of Libes haben jetzt einen innovativen neuen Ansatz entwickelt, der Geometrie und „Quantenkontrolle“ kombiniert, die den Prozess drastisch beschleunigt und den Weg für praktische Anwendungen in Quantum -Technologien ebnet.
Das Papier ist veröffentlicht in der Zeitschrift Physische Bewertung a.
Stellen Sie sich vor, Sie sind in einem Supermarkt mit einem Wagen, der bis zum Rand gefüllt ist. Die Herausforderung: Gehen Sie vor den anderen an die Kasse, ohne Ihre Produkte in die Ecken zu fallen. Die Lösung? Wählen Sie eine Route mit so wenigen Ecken wie möglich, um schneller zu gehen, ohne zu verlangsamen. Genau das hat Simon Dengis, ein Doktorand an der Universität von Lüttich, geschafft, aber in der Welt der Quantenphysik.
Mit seinen Kollegen in der Gruppe PQS (Quantenstatistische Physik) hat Dengis ein Protokoll entwickelt, um schnell so genannte Mittagszustände zu erzeugen.
„Diese Zustände, die wie Miniaturversionen von Schrödingers berühmter Katze aussehen, sind Quantenüberlagerungen“, erklärt der Physiker. „Sie sind von wesentlichem Interesse für Technologien wie ultra-spezifische Quantensensoren oder Quantencomputer.“
Das Hindernis der Zeit
Die Hauptherausforderung? Die Herstellung dieser Zustände dauert normalerweise viel zu lange. Wir sprechen von Zehn Minuten oder mehr, was oft die Lebensdauer des Experiments übersteigt. Die Ursache? Ein Energie Engpass, eine „scharfe Biegung“ in der Entwicklung des Systems, die es zum Verlangsamen zwingt.
Hier bricht das Uliège -Team neue Wege. Durch die Kombination von zwei kraftvollen Konzepten – dem Begriff, dem optimalen geodätischen Pfad – gelang es ihnen, die Straße für Atome zu glätten. Das Ergebnis: Das System kann sich schneller entwickeln, ohne die Flugbahn des gewünschten Zustands zu verlieren, genau wie ein Fahrer, der eine Kurve mit dem Kippen seines Tabletts erwartet.
„Diese Strategie spart viel Zeit: In einigen Fällen wird der Prozess um einen Faktor von 10.000 beschleunigt, während die Treue von 99% beibehalten wird, dh nahezu Perfektion des Ergebnisses“, sagt Peter Schlagheck, Direktor des Labors. Wo es zuvor ungefähr zehn Minuten gedauert hätte, um einen solchen Zustand zu schaffen, haben es den Forschern gelungen, diese Wartezeit erheblich auf 0,1 Sekunden zu reduzieren.
Auf praktische Anwendungen
Mit diesem Durchbruch ist es endlich möglich, Mittagszustände mit ultra kaufenden Atomen zu produzieren. Dies eröffnet Aussichten in der Quantenmetrologie (ultra-sensitive Messungen von Zeit, Rotation oder Schwerkraft) und Quanteninformationstechnologien. Letztendlich könnten diese Werkzeuge Instrumente wie Quantengyroskope oder Miniatur -Schwerkraftdetektoren verbessern.
Diese Forschung zeigt, wie Theorie und Experimentieren zusammenkommen können, um konkrete Fortschritte in der Quantenphysik zu erzielen. Durch die Kombination mathematischer Konzepte, grundlegender Physik und experimenteller Machbarkeit haben Uliège -Forscher einen Durchbruch erzielt, der Ideen, die einst theoretisch in die Technologien von morgen verwandelten, gut verwandeln könnten.
Quantenüberlagerung und der Mittagszustand
Quantenüberlagerung ist die Idee, dass ein Quantensystem (wie ein Atom, ein Elektron oder ein Photon) in mehreren Zuständen gleichzeitig existieren kann, solange es nicht beobachtet wird. Das Beispiel, das am häufigsten verwendet wird, um dieses Konzept zu erklären, ist Schrödinger’s Katze: Eine Katze ist in einer Box gesperrt. Laut Quantenmechanik ist die Katze, bis die Schachtel geöffnet ist, sowohl lebendig als auch tot.
Diese gleichzeitige Kombination von zwei Zuständen wird als Überlagerung bezeichnet. Nur indem wir die Box öffnen, um sie zu beobachten, zwingen wir die Natur, einen Zustand zu wählen: lebendig oder tot. Die Mittagszustände sind ein Beispiel für die Quantenüberlagerung: Alle Atome befinden sich sowohl im linken als auch im rechten Hand. Erst im Moment der Messung befindet sich sie in der einen oder anderen.
Weitere Informationen:
Simon Dengis et al. Physische Bewertung a (2025). Doi: 10.1103/physreva.111.l031301. An Arxiv: Doi: 10.48550/arxiv.2406.17545