Μια γυάλινη νανοσφαίρα που αιωρείται μέσα σε μια δέσμη λέιζερ μπορεί πλέον να μοιράζεται κβαντική διεμπλοκή με το φως που φεύγει από την παγίδα — χωρίς όλο το πείραμα να ψυχθεί σχεδόν στο απόλυτο μηδέν.
Μια μηχανική κίνηση σε κβαντική κατάσταση
Η ομάδα του Francesco Marin στο Πανεπιστήμιο της Φλωρεντίας παγίδευσε μια γυάλινη σφαίρα διαμέτρου περίπου 100 νανομέτρων σε μια οπτική λαβίδα, δηλαδή σε μια πολύ εστιασμένη δέσμη λέιζερ. Η σφαίρα βρισκόταν ανάμεσα σε δύο αντικριστούς καθρέφτες, μέσα σε θάλαμο σχεδόν κενού.
Το ζητούμενο ήταν να συνδεθεί η κίνηση της σφαίρας με ένα πεδίο φωτός. Στην κβαντική διεμπλοκή, δύο συστήματα περιγράφονται με τρόπο τόσο στενά συνδεδεμένο, ώστε οι ιδιότητες του ενός να μην μπορούν να θεωρηθούν ανεξάρτητες από τις ιδιότητες του άλλου. Πρόκειται όμως για εύθραυστη κατάσταση, ιδιαίτερα όταν ένα κβαντικό σύστημα αλληλεπιδρά με το περιβάλλον.
Δύο λέιζερ για σταθερότητα και διεμπλοκή
Το ίδιο φως που απαιτείται για να δημιουργηθεί η διεμπλοκή μπορεί να προκαλέσει ανεπιθύμητες ταλαντώσεις και να βγάλει τη σφαίρα από την παγίδα. Οι ερευνητές αντιμετώπισαν το πρόβλημα με δύο λέιζερ ελαφρώς διαφορετικού χρώματος: το ένα περιόριζε και σταθεροποιούσε την κίνηση μπρος-πίσω, ενώ το άλλο χρησιμοποιούνταν για τη διεμπλοκή της κίνησης με το φως.
Καθώς η σφαίρα ταλαντωνόταν, πληροφορίες για την κίνησή της αποτυπώνονταν στο φως που έβγαινε από τους καθρέφτες. Μετρώντας αυτό το φως επί πολλές ώρες, η ομάδα ανακατασκεύασε το μοτίβο των συσχετίσεων ανάμεσα στη μηχανική κίνηση και το οπτικό πεδίο.
Τι σημαίνει «σε θερμοκρασία δωματίου»
Η θερμοκρασία δωματίου αφορούσε το περιβάλλον του εργαστηρίου, όχι την απουσία κάθε τεχνικής ψύξης στην πειραματική διάταξη. Το κρίσιμο αποτέλεσμα ήταν ότι οι μετρημένες συσχετίσεις ξεπέρασαν το μαθηματικό όριο που απαιτείται για να επιβεβαιωθεί γνήσια διεμπλοκή, ενώ το φως μετέφερε αυτή τη διεμπλοκή μακριά από την κοιλότητα των καθρεφτών.
Αυτό διαφοροποιεί το πείραμα από προηγούμενες επιδείξεις διεμπλοκής ανάμεσα σε φωτόνια και μηχανικά αντικείμενα, οι οποίες βασίζονταν σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν. Η αιώρηση απομονώνει σε μεγάλο βαθμό τη νανοσφαίρα από το περιβάλλον, χωρίς να εξαφανίζει τις προκλήσεις που δημιουργούν οι κραδασμοί και ο θόρυβος.
Από μία σφαίρα σε κβαντικά δίκτυα
Το επόμενο βήμα είναι να γίνει η διεμπλοκή ισχυρότερη και να ελέγχεται ενεργά, αντί απλώς να παρατηρείται. Οι ερευνητές εξετάζουν επίσης αν περισσότερες αιωρούμενες σφαίρες θα μπορούσαν να συνδεθούν μέσω ενός κοινού πεδίου φωτός.
Μια τέτοια αρχιτεκτονική θα μπορούσε να βοηθήσει στη μελέτη της κβαντομηχανικής σε ολοένα μεγαλύτερες κλίμακες και να προσφέρει νέα δομικά στοιχεία για κβαντικά δίκτυα: τα αιωρούμενα αντικείμενα θα αποθηκεύουν ή θα επεξεργάζονται πληροφορία, ενώ το φως θα τη μεταφέρει. Οι πρακτικές εφαρμογές απέχουν ακόμη, αλλά το πείραμα δείχνει έναν τρόπο να συνδεθεί η κβαντική πληροφορία με μηχανικά συστήματα χωρίς κρυογενική ψύξη ολόκληρης της διάταξης.
Πηγή: Phys.org