خلاصه خبر:
محققان در بارسلونا،میکروسکوپ QUIONE را توسعه دادند که قادر به تصویربرداری از اتم‌های منفرد گازهای کوانتومی استرانسیم است. این دستگاه،که اولین در نوع خود در اسپانیا و تنها دستگاه در سراسر جهان برای تصویربرداری استرانسیوم است، شبیه سازی کوانتومی را ممکن کرده و بینش هایی را در مورد مواد پیچیده ارائه میدهد. این تیم با خنک کردن گاز استرانسیوم تا نزدیک به 0 مطلق، ایجاد شبکه نوری و استفاده از تکنیک‌های تصویربرداری تک اتمی، تونل‌زنی کوانتومی را مشاهده کرد و ماهیت ابرسیال گاز را تأیید کرد. این پیشرفت میکروسکوپ گاز کوانتومی را به عناصر قلیایی خاکی گسترش میدهد و درهایی را برای مطالعه ایزوتوپ‌های فرمیونی، انتقال‌های نوری بسیار باریک، و فازهای جدید ماده باز میکند. محققان پتانسیل آن را برای محاسبات کوانتومی آنالوگ نیز پیش بینی میکنند.
توضیحات تکمیلی:
محققان موسسه علوم فوتونیک (ICFO) در بارسلونا، اسپانیا، با موفقیت یک میکروسکوپ گاز کوانتومی به نام QUIONE ساخته اند که قادر به تصویربرداری از اتم های منفرد گازهای کوانتومی استرانسیم (strontium ) است. این دستگاه پیشگام، تنها در نوع خود در جهان برای تصویربرداری استرانسیوم و اولین در اسپانیا، امکانات جدیدی را برای شبیه‌سازی کوانتومی و درک رفتار مواد پیچیده باز میکند.
این تیم به رهبری پروفسور لتیسیا تارول، با آوردن گاز استرانسیوم به رژیم کوانتومی، قرار دادن آن در یک شبکه نوری که در آن اتم‌ها می‌توانند از طریق برخورد با یکدیگر تعامل داشته باشند، و استفاده از تکنیک‌های تصویربرداری تک اتمی، به شبیه‌سازی کوانتومی دست یافتند. با ترکیب این سه عنصر، میکروسکوپ گاز کوانتومی استرانسیوم ICFO به ابزاری منحصر به فرد برای مطالعه سیستم های کوانتومی تبدیل شد.
به طور رایج، میکروسکوپ‌های گاز کوانتومی بر روی اتم‌های قلیایی تمرکز می‌کردند، اما ویژگی‌های متمایز استرانسیوم تطبیق‌پذیری بیشتری را برای آزمایش‌ها در محاسبات کوانتومی و شبیه‌سازی ارائه می‌کرد. محققان با موفقیت گاز استرانسیوم را تا نزدیک به صفر مطلق خنک کردند، شبکه نوری را فعال کردند تا اتم‌ها را در ساختاری شبکه‌ای چیدمان کنند، و تصاویر و فیلم‌هایی از گاز کوانتومی استرانسیوم در سطح تک اتمی ثبت کردند.
یکی از مشاهدات قابل توجه پدیده تونل زنی کوانتومی بود، که در آن اتم ها گهگاه بین محل های شبکه می پریدند و رفتار کوانتومی ذاتی خود را نشان می دادند. علاوه بر این، محققان ماهیت فوق سیال گاز استرانسیوم، فاز کوانتومی ماده که بدون ویسکوزیته جریان دارد، با مشاهده الگوی تداخل ایجاد شده هنگام خاموش شدن لیزر شبکه تایید کردند.
توسعه QUIONE زمینه میکروسکوپ گاز کوانتومی را به عناصر قلیایی زمین گسترش می دهد و راه های جدیدی برای مطالعه ایزوتوپ های فرمیونی متقارن SU(N) و انتقال نوری فوق باریک در شبیه سازی های کوانتومی فراهم می کند. محققان پیش‌بینی میکنند که این پیشرفت منجر به اکتشاف مواد پیچیده‌تر و ظهور فازهای جدیدی از ماده شود. علاوه بر این، پتانسیل استفاده از میکروسکوپ‌های گاز کوانتومی به عنوان رایانه‌های کوانتومی آنالوگ ممکن است قدرت محاسباتی قابل توجهی را برای مقابله با مشکلات چالش برانگیز ارائه دهد.
دستاورد ICFO در ساخت میکروسکوپ گاز کوانتومی برای گازهای کوانتومی استرانسیوم نشان دهنده یک پیشرفت قابل توجه در زمینه فیزیک کوانتومی است و فرصت های هیجان انگیزی را برای درک خواص میکروسکوپی مواد در سطح کوانتومی باز می کند.
منبع
Sandra Buob et al, A Strontium Quantum-Gas Microscope, PRX Quantum (2024). DOI: 10.1103/PRXQuantum.5.020316
