Innowacyjne chłodzenie laserem, czyli jak doszło do przełomu
Badacze zastosowali metodę wykorzystującą skonfigurowane lasery i systemy luster, która pozwoliła schłodzić ruch obrotowy lewitującej nanocząstki. Dzięki temu osiągnięto stan podstawowy z zaskakująco niską zajętością stanów fononowych – zaledwie 0,04 kwanta energii. Carlos Gonzalez-Ballestero z Instytutu Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Technicznego w Wiedniu wyjaśnia to zjawisko, mówiąc, że pozwala ono na bardzo efektywne zmniejszenie energii ruchu obrotowego bez konieczności jednoczesnego zmniejszania wewnętrznej energii termicznej nanocząstki. Co zadziwiające, rotacja “zamarznąć”, mimo że sama cząstka ma bardzo wysoką temperaturę Zastosowana technika obejmowała tłumienie szumu fazowego lasera o około 20 decybeli, co znacząco ograniczyło niepożądane nagrzewanie układu. To podejście różni się fundamentalnie od dotychczasowych metod wymagających ekstremalnego schładzania całego otoczenia.
Czytaj też: Zapomniane cząstki mogą nieźle namieszać w obliczeniach kwantowych
W eksperymentach wykorzystano szklane nanocząstki o średnicy około 120 nanometrów. Były one mniejsze niż przeciętna bakteria, lecz wciąż zawierały miliony atomów. Dzięki strategii przyjętej przez członków zespołu badawczego uzyskano czystość stanu kwantowego na poziomie 92%, co przewyższa wyniki osiągane w tradycyjnych układach kriogenicznych. Taka precyzja kontroli nad obiektami tej skali stanowi prawdziwy przełom w optomechanice kwantowej. W związku z tym eksperci stojący za ostatnimi sukcesami mówią o potencjale praktycznych zastosowań.
Co to oznacza dla technologii?
Choć entuzjaści mogą już wyobrażać sobie kwantowe komputery w każdym domu, to będzie to rzecz jasna wymagało dalszych postępów. Eliminacja konieczności stosowania kosztownego chłodzenia kriogenicznego rzeczywiście otwiera nowe możliwości, lecz najbliższym wyzwaniem będzie komercjalizacja opisywanej technologii. Potencjalnie może to przyśpieszyć rozwój czujników kwantowych o niespotykanej czułości czy systemów komunikacji odpornej na podsłuch.
Czytaj też: Biometan z Norwegii rozbudza wyobraźnię. Naukowcy osiągnęli fenomenalną czystość
Najciekawsza wydaje się jednak perspektywa badania zupełnie nowych zjawisk, które nie mają odpowiedników w znanej nam fizyce klasycznej. Wyniki działań poczynionych w ramach ostatnich badań zostały zaprezentowane na łamach Nature Physics. Jeśli dalsze eksperymenty potwierdzą skalowalność tej metody, może to oznaczać prawdziwy punkt zwrotny – nie tyle rewolucję, co stopniowe znoszenie barier utrudniających praktyczne wykorzystanie efektów kwantowych. Czas pokaże, czy ta obiecująca platforma badawcza przełoży się na realne zastosowania poza laboratoriami.