خلاصه خبر:
محققان تقویت‌کننده مایکروویو جدیدی ساختند که میتواند سیگنال‌های بسیار ضعیف را دقیقاً اندازه‌گیری کند و بر محدودیت اساسی نویز تحمیل‌شده توسط مکانیک کوانتومی غلبه کند. این تکنیک چلانده کردن،عدم قطعیت را در یک ویژگی سیگنال کاهش میدهد تا اندازه گیری فوق دقیق را امکان پذیرکند. این دستگاه میتواند به طور قابل توجهی سرعت جستجو برای ذرات ماده تاریک گریزان به نام اکسیون را افزایش دهد که پیش بینی میشود سیگنال های مایکروویو ضعیفی را در میدان های مغناطیسی قوی منتشر میکنند. 
تقویت کننده همچنین در دماها و میدان های مغناطیسی بالاتر نسبت بهsqueezerهای قبلی عمل کرده و کاربردهای جدیدی را طیف سنجی مواد و سیستم های بیولوژیکی ممکن میسازد. همچنین سطح کاهش نویز به دست آمده، دستگاه را به مشخصات مورد نیاز برای ساخت انواع خاصی از کامپیوترهای کوانتومی نزدیک میکند.
توضیحات تکمیلی:
مهندسان کوانتومی در دانشگاه نیو ساوت ولز (UNSW) یک تقویت‌کننده مایکروویو جدید متحول کننده ساخته‌اند که میتواند به شکار ذرات ماده تاریک گریزان معروف به اکسیون کمک زیادی کند. این دستگاه قابل توجه بر یک چالش اساسی در فیزیک کوانتومی - اصل عدم قطعیت هایزنبرگ - برای دستیابی به سطوح بی سابقه کاهش نویز یا چلاندگی (squeezing) غلبه می کند.
نوآوری کلیدی استفاده از مواد ابررسانا برای ساخت یک تقویت کننده با تلفات بسیار کم است که می تواند نویز کوانتومی ذاتی سیگنال های مایکروویو را به طور چشمگیری کاهش دهد. با "چلانده کردن" نویز در یک بعد، محققان توانستند به 7.8 دسی بل کاهش نویز کمتر از حد تئوری نویز خلاء دست یابند. مهمتر از همه، این عملکرد نویز فشرده حتی در میدان‌های مغناطیسی قوی تا 2 تسلا حفظ می‌شد، که یک نیاز حیاتی برای تشخیص ذرات آکسیون فرضی است.
همانطور که مقاله در Nature Communications توضیح میدهد، آشکارسازهای آکسیون بر توانایی اندازه‌گیری سیگنال‌های مایکروویو بسیار ضعیفی که می‌توانند هنگام تعامل این ذرات با میدان‌های مغناطیسی قوی تولید شوند، تکیه میکنند. با این حال، این کار به شدت توسط نویز خلاء کوانتومی همیشه حاضر مختل شده است. تقویت کننده جدید تیم UNSW این پتانسیل را دارد که با کاهش این منبع نویز اساسی، جستجوهای محوری را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
جارید پلا، محقق اصلی، خاطرنشان میکند که "هنگامی که سعی می‌کنیم ذرات شبح مانند آکسیون‌ها را شناسایی کنیم، حتی صدای خلاء نیز میتواند کر کننده باشد." اما تقویت‌کننده مایکروویو فشرده آن‌ها میتواند به آزمایش‌های اکسیون اجازه دهد تا شش برابر سریع‌تر اجرا شوند و به طور چشمگیری شانس مشاهده مستقیم این کاندیدهای ماده تاریک گریزان را برای اولین بار بهبود بخشد.
فراتر از اخترفیزیک، پیشرفت های این تیم در تقویت امواج مایکروویو با نویز کم و میدان مغناطیسی بالا کاربردهای گسترده ای در زمینه هایی مانند علم مواد، مطالعات پروتئین و حتی محاسبات کوانتومی آینده دارد. این پیشرفت پتانسیل دگرگونی مهندسی کوانتوم برای گسترش مرزهای اکتشاف علمی را نشان می دهد.
منبع
Arjen Vaartjes et al, Strong microwave squeezing above 1 Tesla and 1 Kelvin, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48519-3
