رکوردشکنی پژوهشگران در دنیای فیزیک: حفظ حالت کوانتومی برای بیش از 5 ثانیه

تیمی از محققان آزمایشگاه ملی «آرگون» از وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) و دانشگاه شیکاگو توانستند وضعیت یک حالت در دنیای کوانتوم را برای مدت زمان بیشتر از پنج ثانیه به صورت پایدار نگه‌ دارند. این بازه زمانی در پایداری برای یک حالت، یک رکورد شگفت‌انگیز در حیطه این علم محسوب می‌شود.

افزایش پایداری یک حالت کوانتومی به مقیاس زمانی انسان

این تیم که یافته‌های خود را در مجله «Science Advances» منتشر کردند، از روشی به نام «خوانش تک پالس» استفاده کردند. در این روش، پالس‌های لیزری دقیق به الکترون‌ها داده می‌شوند تا بتوان حالت آن‌ها را در دنیای کوانتوم مورد مطالعه قرار داد. اعمال پالس به صورت تکی به الکترون‌ها سبب می‌شود تا آن‌ها به صورت طولانی‌تری در حالت پایدار بمانند.

حفظ یک حالت کوانتومی برای مدت زمان طولانی – در مقیاس ابعادی این علم، مدت زمان 5 ثانیه بسیار طولانی محسوب می‌شود – کار بسیار دشواری است. این حالت‌ها به دلیل وجود اختلالات محیطی به راحتی اطلاعات خود را از دست می‌دهند و به حالت دیگری تبدیل می‌شوند، همین مسئله، یکی از دلایلی است که کامپیوترهای کوانتومی باید در دمای انجماد کار کنند. «دیوید آوشالوم»، دانشمند ارشد در آزمایشگاه ملی «آرگون» می‌گوید: «غیرمعمول است که بتوان اطلاعات کوانتومی و یا به عبارت دیگر حالت یک سیستم را برای مدت زمان چند ثانیه حفظ کرد.»

وی ادامه داد: «مدت زمان پنج ثانیه برای ارسال سیگنال با سرعت نور به کره ماه و بازگشت آن به زمین کافیست. حالا که این نکته را می‌دانید، به انتقال اطلاعات از یک حالت در دنیایی با ابعاد کوانتوم فکر کنید. پالس نوری که برای بررسی حالت‌ها مورد مطالعه قرار می‌گیرد، تقریبا 40 بار در همین چند ثانیه به دور زمین می‌چرخد. با این‌حال، هنوز وضعیت را به درستی نشان می‌دهد.»

افزایش مدت زمان پایداری یک حالت در مقیاس زمانی انسانی به دانشمندان کمک می‌کند تا پا در دنیای اعجاب‌انگیز سطوح بسیار کوچک بگذارند. اگر بتوان میزان این پایداری را بیش از این افزایش داد، می‌توان به افزایش سرعت انتقال داده‌ها در دنیا با استفاده از علم کوانتوم امیدوار بود. این دسته از تحقیقات علاوه بر کمک به درک بهتر دنیای بسیار کوچک، به پیشرفت تکنولوژی نیز کمک شایانی می‌کنند.