상온에서의 '양자 도약'

양자역학 영역에서, 실온에서 양자 현상을 관찰하고 제어하는 ​​능력은 특히 대규모 또는 “거시적” 규모에서 오랫동안 파악하기 어려웠습니다. 전통적으로 이러한 관찰은 양자 효과를 더 쉽게 감지할 수 있는 절대 영도 근처의 환경으로 제한되었습니다. 그러나 극한의 추위에 대한 요구 사항은 양자 기술의 실제 적용을 제한하는 주요 장애물이었습니다.

이제 EPFL의 Tobias J. Kippenberg와 Nils Johan Engelsen이 주도한 연구에서는 가능한 것의 경계를 재정의했습니다. 선구적인 연구는 양자 물리학과 기계 공학을 혼합하여 실온에서 양자 현상을 제어합니다.

Kippenberg는 “상온 양자 광역학 체제에 도달하는 것은 수십 년 동안 공개적인 과제였습니다.”라고 말했습니다. “우리의 작업은 오랫동안 이론적인 장난감 모델로만 여겨졌던 하이젠베르크 현미경을 효과적으로 구현했습니다.”

실험 설정에서 자연연구원들은 빛과 기계적 움직임이 상호 연결되는 설정인 초저소음 광기계 시스템을 만들었습니다. 이를 통해 빛이 움직이는 물체에 어떻게 영향을 미치는지 높은 정밀도로 연구하고 조작할 수 있습니다.

실내 온도의 주요 문제는 민감한 양자 역학을 교란시키는 열 잡음입니다. 이를 최소화하기 위해 과학자들은 제한된 공간(공동) 내부에서 빛을 앞뒤로 반사시키는 특수 거울인 공동 거울을 사용하여 빛을 효과적으로 “가두어” 시스템의 기계적 요소와의 상호 작용을 향상시켰습니다. 열 잡음을 줄이기 위해 거울은 결정과 같은 주기적인(“음성 결정”) 구조로 패턴화됩니다.

또 다른 중요한 구성 요소는 캐비티 내부의 빛과 상호 작용하는 기계적 발진기라고 불리는 4mm 드럼 모양의 장치였습니다. 상대적으로 큰 크기와 디자인은 환경 소음으로부터 격리하여 실온에서 미묘한 양자 현상을 감지하는 데 중요합니다. “이 실험에서 우리가 사용하는 드럼은 환경으로부터 잘 격리된 기계식 발진기를 만들기 위한 수년간의 노력의 정점입니다.”라고 Engelsen은 말합니다.

“악명 높고 복잡한 소음원을 처리하기 위해 우리가 사용한 기술은 정밀 감지 및 측정의 광범위한 커뮤니티에 높은 관련성과 영향을 미칩니다”라고 프로젝트를 이끄는 두 박사 과정 학생 중 한 명인 Guanhao Huang은 말합니다.

이 설정을 통해 연구원들은 강도나 위상과 같은 빛의 특정 속성을 조작하여 다른 변수의 변동을 증가시키는 대신 다른 변수의 변동을 줄이기 위해 조작되는 양자 현상인 “광학 압착”을 달성할 수 있었습니다. 원칙.

연구진은 시스템의 실온에서 광학적 압착을 시연함으로써 극도로 낮은 온도 없이도 거시적 시스템에서 양자 현상을 효과적으로 제어하고 관찰할 수 있음을 보여주었습니다. 양식 상단

팀은 실온에서 시스템을 작동할 수 있는 능력이 거시적 규모의 양자 측정 및 양자 역학을 위한 테스트베드로 확립된 양자 광기계 시스템에 대한 접근을 확대할 것이라고 믿습니다.

“우리가 개발한 시스템은 기계 드럼이 갇힌 원자 구름과 같은 다른 물체와 강력하게 상호 작용하는 새로운 하이브리드 양자 시스템을 촉진할 수 있습니다”라고 연구를 이끄는 다른 박사 과정 학생인 Alberto Beccari는 덧붙였습니다. “이러한 시스템은 양자 정보에 유용하며 크고 복잡한 양자 상태를 생성하는 방법을 이해하는 데 도움이 됩니다.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/02/240214122551.htm