Bilim insanları sensörlerinin sınırlarını zorlamak için kuantum sıkıştırmayı kullanıyor

LIGO şu ana kadar 90 yerçekimsel dalga tespitini doğruladı ancak fizikçiler daha fazlasını tespit etmek istiyor, bu da deneyin daha da hassas hale getirilmesini gerektirecek. Ve bu bir meydan okumadır.

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden fizikçi Lisa Barsotti, “Bu dedektörlerin sorunu şu ki, onları iyileştirmeye çalıştığınız her seferde işleri daha da kötüleştirebiliyorsunuz çünkü çok hassaslar” diyor.

Yine de Barsotti ve meslektaşları yakın zamanda bu zorluğu aştılar ve LIGO'nun dedektörlerinin çok daha fazla kara delik birleşmesini ve nötron yıldızı çarpışmasını tespit etmesine olanak sağlayacak bir cihaz yarattılar. Cihaz, kuantum mekaniğinin bulanık kurallarıyla çalışan sistemlerle uğraşan araştırmacılar için bu olguları kendi avantajlarına göre manipüle etmek için pratik bir yöntem olan kuantum sıkıştırmayı kullanan büyüyen bir cihaz sınıfına ait.

Fizikçiler kuantum alemindeki nesneleri olasılıklar açısından tanımlarlar; örneğin, bir elektron burada veya orada bulunmaz, ancak her yerde bulunma olasılığı vardır ve yalnızca özellikleri ölçüldüğünde birine kilitlenir. Kuantum sıkıştırma olasılıkları manipüle edebilir ve araştırmacılar bunu ölçüm eylemi üzerinde daha fazla kontrol sağlamak için giderek daha fazla kullanıyor ve LIGO deneyi gibi kuantum sensörlerinin hassasiyetini önemli ölçüde artırıyor.

Daha hassas manyetometreler, jiroskoplar ve potansiyele sahip saatler yapmak için kuantum sıkıştırmayı uygulayan Stanford Üniversitesi'nden fizikçi Mark Kasevich, “Süper küçük sinyalleri tespit etmek istediğiniz hassas algılama uygulamalarında, kuantum sıkıştırma oldukça büyük bir kazanç olabilir” diyor. navigasyon için uygulamalar. Ticari ve askeri teknolojinin yaratıcıları da bu teknikle ilgilenmeye başladı: Kanadalı startup Xanadu bunu kuantum bilgisayarlarında kullanıyor ve geçen sonbaharda DARPA, çip üzerinde kuantum sıkıştırma teknolojisi geliştirmeye yönelik bir program olan Inspired'ı duyurdu. Kuantum sıkıştırmanın halihazırda kuantum sistemlerinin sınırlarını zorlamak için kullanıldığı iki uygulamaya göz atalım.

Belirsizliğin kontrolünü ele almak

Kuantum sıkıştırmanın ardındaki anahtar kavram, Heisenberg'in belirsizlik ilkesi olarak bilinen olgudur. Kuantum mekaniği sisteminde bu prensip, bir nesnenin özelliklerini ne kadar hassas ölçebileceğinize temel bir sınır koyar. Ölçüm cihazlarınız ne kadar iyi olursa olsun, doğanın bir parçası olan temel düzeyde belirsizlikten zarar göreceklerdir. Pratikte bu, bir değiş-tokuş olduğu anlamına gelir. Örneğin bir parçacığın hızını tam olarak takip etmek istiyorsanız, konumunu bilme konusunda hassasiyetten fedakarlık etmeniz gerekir; bunun tersi de geçerlidir. QuEra adlı kuantum hesaplama girişiminde fizikçi olan John Robinson, “Fizik, deneylere ve özellikle de hassas ölçümlere sınırlamalar getiriyor” diyor.

Ancak fizikçiler, ölçmedikleri özelliklere belirsizliği “sıkıştırarak” ölçmek istedikleri özellikte kesinlik kazanabilirler. Teorisyenler 1980'lerin başlarında ölçümde sıkıştırmanın kullanılmasını önerdiler. O zamandan beri deneysel fizikçiler bu fikirleri geliştiriyorlar; Son on beş yılda, sonuçlar genişleyen masa üstü prototiplerden pratik cihazlara doğru olgunlaştı. Şimdi asıl soru hangi uygulamaların fayda sağlayacağıdır. Kasevich, “Teknolojinin ne olabileceğini yeni anlıyoruz” diyor. “O zaman umarım hayal gücümüz büyüyerek bunun gerçekten neye iyi geleceğini bulmamıza yardımcı olur.”