خلاصه خبر:
محققان دانشگاه TU Wien روش جدیدی را برای خنک کردن آزمایش‌های کوانتومی موثر توسعه داده‌اند. با تقسیم یک چگالیده‌ی بوز-اینشتین به دو قسمت با دینامیک زمانی خاص، توانستند نوسانات تصادفی را به حداقل رسانده و دمای میعانات را کاهش دهند. این پیشرفت به ویژه برای شبیه سازهای کوانتومی، سیستم هایی که برای مطالعه اثرات کوانتومی استفاده میشوند، مهم است. شبیه‌سازهای کوانتومی در سال‌های اخیر به ابزاری ارزشمند تبدیل شده‌اند که به محققان امکان بررسی پدیده‌های کوانتومی اساسی را میدهند. محققان نشان دادند که دینامیک تقسیم بهینه میتواند نوسانات تعداد ذرات را سرکوب کند و عملکرد سیستم را به عنوان یک شبیه ساز کوانتومی افزایش دهد. این پیشرفت، فرصت‌های جدیدی را برای مطالعه فیزیک کوانتومی باز کرده و درک بهتری از همبستگی‌ها و درهم‌تنیدگی در سیستم‌های بس‌ذره‌ای را فراهم میکند.
توضیحات تکمیلی:
محققان دانشگاه TU Wien به موفقیت قابل توجهی در خنک کردن آزمایش های کوانتومی به طور موثرتر دست یافته اند. اثرات کوانتومی به اغتشاشات خارجی مانند نوسانات دما بسیار حساس هستند که نیاز به تکنیک های خنک کننده کارآمد دارد. تیم دانشگاه TU Wien با تقسیم یک چگالیده بوز-انیشتین (Bose-Einstein condensate) به دو بخش با یک دینامیک زمانی خاص که نوسانات تصادفی را به حداقل می‌رساند، رویکرد جدیدی برای دستیابی به این هدف کشف کرده است.
با کاهش دمای چگالیده، شبیه‌سازهای کوانتومی که برای مطالعه پدیده‌های کوانتومی بنیادی استفاده میشوند، می‌توانند بینش جدیدی به دست آورند. شبیه‌سازهای کوانتومی سیستم‌هایی هستند که می‌توان آنها را به‌خوبی کنترل و نظارت کرد و به محققان اجازه می‌دهد تا اثرات کوانتومی را که در سایر سیستم‌های کوانتومی رخ میدهند، اما بررسی مستقیم آنها دشوار است، مطالعه کنند. این شبیه‌سازها در سال‌های اخیر به ابزاری ضروری تبدیل شده‌اند و ابزار همه‌کاره‌ای برای مطالعه فیزیک کوانتومی ارائه میدهند.
محققان دانشگاه TU Wien تحول زمانی درهم تنیدگی کوانتومی و ارتباط آن با دستیابی به تعادل دمایی حتی سردتر را بررسی کردند. کار این تیم بر روی شبیه‌سازی کوانتومی با "QuantA Cluster of Excellence" که اخیراً راه‌اندازی شده است، همسو می‌شود که بر روی بررسی سیستم‌های کوانتومی مختلف تمرکز دارد.
دمای شبیه سازهای کوانتومی عاملی حیاتی است که مناسب بودن آنها را برای کاربردهای خاص محدود می کند. برای خنک کردن چنین سیستم هایی، معمولاً از تکنیک های مختلفی استفاده می شود. با این حال، تیم TU Wien رویکرد کاملا متفاوتی را به کار گرفت. آنها یک چگالیده‌ی بوز-انیشتین ایجاد کردند و با ایجاد یک مانع آن را به دو قسمت تقسیم کردند.
شکافتن چگالیده باعث برهم نهی فیزیکی کوانتومی می شود، جایی که هر دو طرف در حالت های مختلف عددی ذره وجود دارند. با تقسیم دینامیکی میعانات به روشی دقیق، محققان توانستند نوسانات تعداد ذرات را سرکوب کنند و در نتیجه دما را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.
یافته‌های این تیم نشان می‌دهد که نه شکافتن بسیار ناگهانی و نه بسیار آهسته‌‌ی چگالیده بهینه نیست. در عوض، باید مصالحه ای با استفاده از یک دینامیک تقسیم خاص که به طور موثر نوسانات کوانتومی را کنترل می کند، پیدا کرد. این پیشرفت امکان استفاده بیشتر از سیستم را به عنوان یک شبیه‌ساز کوانتومی فراهم میکند و محققان را قادر می‌سازد تا سوالاتی را که قبلاً غیرقابل دسترس در فیزیک کوانتومی بنیادی بودند بررسی کنند.
تحقیقات انجام شده در TU Wien فرصت‌های جدیدی را برای همبستگی‌های مهندسی و درهم‌تنیدگی در تعامل سیستم‌های بس‌ذره‌ای باز میکند. این پیشرفت پتانسیل ایجاد انقلابی در تحقیقات کوانتومی را دارد و بینش های ارزشمندی را در مورد پدیده های کوانتومی در رشته های مختلف علمی ارائه می دهد.
منبع
Tiantian Zhang et al, Squeezing Oscillations in a Multimode Bosonic Josephson Junction, Physical Review X (2024). DOI: 10.1103/PhysRevX.14.011049
