Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου Οξφόρδ ανακάλυψαν για πρώτη φορά την κβαντική αλληλεπίδραση τέταρτης τάξης, ανοίγοντας νέους ορίζοντες για τη μελέτη της φύσης του Σύμπαντος

Κβαντική ανακάλυψη: πρώτη δημιουργία «τετρασυρμού»

*Οι επιστήμονες του Οξφόρδης ανακαλύψουν έναν νέο τύπο κβαντικής αλληλεπίδρασης, που μπορεί να βελτιώσει την ακρίβεια αισθητήρων και προσομοιωτών.*

Τι είναι η συρτάση στη κβαντική μηχανική;
Στην κλασική φυσική μπορούμε να μετρήσουμε ακριβώς τόσο τη θέση όσο και την ταχύτητα ενός αντικειμένου. Στον κβαντικό κόσμο αυτό δεν είναι δυνατό – το αρχή της αβεβαιότητας του Γκέιζενμπεργκ περιορίζει την ταυτόχρονη γνώση της συντεταγμένης ηλεκτρονίου και της ταχύτητάς του.

Όταν «συρτάμε» μία από τις ποσότητες (π.χ. μειώνουμε το σφάλμα μέτρησης θέσης), η κατανομή πιθανοτήτων αλλάζει: αντί για κύκλο γίνεται ελλειψία. Αυτό είναι ήδη πιο λεπτό κατάσταση, από την κλασική περίπτωση.

Τι νέο πρότειναν οι ερευνητές;
Η ομάδα του Οξφόρδης παρουσίασε πρώτη φορά τον τετρασυρμό – μια κβαντική αλληλεπίδραση τέταρτου βαθμού.

- Σε αντίθεση με τη «κανονική» συρτάση (δευτέρου βαθμού), που χρησιμοποιείται ήδη σε ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων, ο τετρασυρμός δημιουργεί κατανομές πιθανοτήτων πιο περίπλοκης μορφής: όχι ελλειψία, αλλά «λουλούδια και κέρατα».

- Αυτά τα καταστάσεις επιτρέπουν την ανίχνευση ακόμη πιο αδύναμων σημάτων, ανοίγοντας τον δρόμο για υπεραισχυρούς αισθητήρες.

Πώς έγινε;
1. Το πειραματικό σύστημα – ένας παγιδευμένος ιόν.
2. Δύο ελεγχόμενες λέιζερ δυνάμεις (με διαφορετικές συχνότητες, φάσεις και αμπλιτούτες) εφαρμόζονται στο ιόν.
- Κάθε δύναμη ξεχωριστά προκαλεί μόνο γραμμικό αποτέλεσμα.
- Η μη-συμβατική αλληλεπίδρασή τους παράγει ισχυρή μη-γραμμική κβαντική δράση τέταρτου βαθμού.
3. Οι παραμέτρους των δυνάμεων μπορούν να αλλάξουν ώστε να «κλείνουν» ανεπιθύμητες επιδράσεις και να ενεργοποιούν τον επιθυμητό τύπο συρτάσης.

Αποτέλεσμα: ο τετρασυρμός δημιουργήθηκε πάνω από 100 φορές πιο γρήγορα από τις παραδοσιακές μεθόδους.

Επικύρωση και προοπτικές
- Οι κβαντικές καταστάσεις κινήσεως του ιόντος ανακατασκευάστηκαν, επιβεβαιώνοντας την ύπαρξη χαρακτηριστικών μορφών για διάφορους βαθμούς αλληλεπίδρασης.
- Τώρα οι ερευνητές επεκτείνουν την προσέγγιση σε πολυμονικές συστήματα και την εφαρμόζουν σε άλλες κβαντικές πλατφόρμες: υπερεκφυή κυκλώματα, ψυχρά άτομα κ.λπ.
- Η μέθοδος χρησιμοποιείται ήδη για τη δημιουργία υπερσυνδυασμένων συμπιεσμένων καταστάσεων και την προσομοίωση πλέγματος βαθμονόμησης.

Τι σημαίνει αυτό;
- Η κβαντική προσομοίωση αποκτά ένα νέο εργαλείο για τη δημιουργία περίπλοκων κβαντικών καταστάσεων.
- Οι υπερακριβείς αισθητήρες μπορούν να γίνουν πιο ευαίσθητοι, κάτι σημαντικό για την παρακολούθηση βαρυτικών κυμάτων και άλλες υψηλής ακρίβειας μετρήσεις.
- Η δυνατότητα ελέγχου αλληλεπιδράσεων τέταρτου βαθμού ανοίγει νέους ορίζοντες στους κβαντικούς υπολογισμούς.

Έτσι, ο τετρασυρμός είναι το πρώτο βήμα προς τη χρήση της «βαριά» κβαντικής αλληλεπίδρασης για πρακτικές εφαρμογές που προηγουμένως έπιθανταν να είναι μη εφικτές.