اخبار کوانتومی – مشاهده فاز کوانتومی عجیبی که غیرممکن تلقی میشد

عنوان خبر:  مشاهده فاز کوانتومی عجیبی که غیرممکن تلقی میشد
ژانر/موضوع: اپتیک کوانتومی، مواد کوانتومی

تاریخ انتشار خبر: 13 آوریل 2025
لینک خبر: The Quantum Insider

چکیده:

پژوهشگران دانشگاه رایس برای نخستین‌بار به‌طور مستقیم گذار فاز ابرتابشی (Superradiant Phase Transition یا SRPT) را مشاهده کرده‌اند؛ پدیده‌ای کوانتومی که دهه‌ها پیش پیش‌بینی شده بود و در آن ذرات به‌طور خودبه‌خود و هماهنگ با یکدیگر نوسان میکنند و حالت جدیدی از ماده را تشکیل میدهند. آن‌ها این گذار را از طریق برهم‌کنش میان دو زیرسیستم مغناطیسی (یون‌های آهن و اربیوم) در یک بلور ایجاد کردند و با این کار از محدودیت نظری‌ای که در سامانه‌های نوری وجود داشت، عبور کردند. این کشف با استفاده از روش‌های طیف‌سنجی دقیق تأیید شد و نشان‌دهنده‌ی سیگنال‌هایی است که به‌طور کامل با پیش‌بینی‌های نظری برای ورود به فاز ابرتابشی مطابقت دارند.این پیشرفت پیش بینی 50 ساله را تأیید میکند و درهای جدیدی را برای فناوری کوانتومی، از جمله حسگرهای فوق حساس و محاسبات کوانتومی با فیدلیتی بالا، با امکان کنترل بر حالت های کوانتومی جمعی عجیب در مواد جامد باز میکند.

شرح کامل خبر:

محققان دانشگاه رایس برای نخستین بار موفق به مشاهده مستقیم گذار فاز ابرتابشی (Superradiant Phase Transition – SRPT) شدند—پدیده‌ای کمیاب و پیش‌بینی‌شده در فیزیک کوانتومی که پیش از این تنها در سطح نظری مطرح بود. این کشف که در نشریه Science Advances منتشر شده، با استفاده از تعاملات اسپینی در یک کریستال ویژه به‌دست آمده و راه را برای پیشرفت‌های جدید در حوزه‌های محاسبات کوانتومی، ارتباطات کوانتومی و حسگری‌های بسیار دقیق هموار می‌کند.

در نظریه‌های اولیه، تصور می‌شد که SRPT ناشی از برهم‌کنش بین نوسانات خلأ کوانتومی (مانند میدان‌های نوری در فضای خالی) و نوسانات ماده باشد. اما تیم دانشگاه رایس توانستند این گذار فاز را از طریق کوپل کردن دو زیرسیستم مغناطیسی—رفتار اسپینی یون‌های اربیوم و آهن—در یک کریستال سردشده کرایوژنیک و تحت میدان مغناطیسی قوی تا ۷ تسلا، به صورت تجربی مشاهده کنند. این روش آن‌ها را قادر ساخت تا بدون استفاده از نور، از یک مانع نظری، معروف به قضیه “عدم امکان” (no-go theorem)، عبور کنند.

آن‌ها با استفاده از تکنیک‌های طیف‌سنجی پیشرفته، تغییرات مشخصی در انرژی اسپین‌ها مشاهده کردند که با پیش‌بینی‌های نظری برای گذار به فاز ابرتابشی کاملاً مطابقت داشت. این کشف نشان‌دهنده امکان ایجاد حالت‌های جمعی کوانتومی (collective quantum states) از طریق امواج اسپین یا مگنون ها (magnon) در مواد جامد است.

اهمیت این دستاورد در این است که در نقطه بحرانی کوانتومی این گذار، سیستم به‌طور طبیعی وارد حالت‌های کوانتومی چلانده‌ه‌شده (squeezed states) می‌شود، که نویز کوانتومی را کاهش داده و دقت اندازه‌گیری را افزایش می‌دهد. این ویژگی‌ها بسیار مناسب برای حسگرهای کوانتومی فوق‌حساس و رایانه‌های کوانتومی با فیدلیتی بالا هستند.

مدل‌سازی نظری توسط تیم دانشگاه رایس و همکاران بین‌المللی‌شان نشان داد که چگونه مفاهیم نورشناسی کوانتومی می‌توانند در سیستم‌های جامد به کار گرفته شوند. از آنجا که ماده استفاده‌شده نمونه‌ای از طیف گسترده‌ای از مواد با خواص مغناطیسی مشابه است، این تحقیق راه را برای کشف‌های بیشتر در زمینه مواد و فناوری‌های کوانتومی نوین باز می‌کند.

منابع:

[1] https://thequantuminsider.com/2025/04/13/scientists-observe-exotic-quantum-phase-once-thought-impossible/?utm_source=resonance-newsletters.beehiiv.com&utm_medium=newsletter&utm_campaign=the-quantum-insider-weekly-advantage-q-ctrl-and-more-news&_bhlid=a1420f654db4ac1fcad0d83781d4ab9a64998a7d

[2] https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt1691

دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.