可以检测量子重力的原子芯片干涉仪


该图显示了使用磁体分离成具有相反旋转的原子,然后使用磁体将其分成两条流,然后将其带回,产生干涉图案。如果任何外部量子流程影响流,这将显示在干扰模式中。|插图margalit等。科学推进

以色列物理学家在原子芯片上创造了一项量子干涉仪。

该装置可用于通过研究两个原子束之间的干涉图案来探索量子理论的基础。格罗宁根大学物理学家Anupam Mazumdar描述了该装置如何适应使用介观粒子而不是原子。此修改将允许扩展的应用程序。该器件的描述和有关Mazumdar申请的理论考虑,于200年5月28日在“科学”期刊上发表。

该设备来自Negev的Ben-Gurion大学创建的设备是一个所谓的Stern Gerlach干涉仪,这是一百年前由德国物理学家Otto Stern和Walter Gerlach提出。他们的原始目的是产生具有从宏观磁铁的梯度暴露于梯度的速度繁殖的干涉仪的目的迄今为止尚未实现。“这种实验已经使用光子完成,但从未用过原子”,解释了格罗宁根大学理论物理学教授的anupam mazumdar,以及科学课程的一篇文章的共同作者之一。

钻石由Ron Folman教授领导的以色列科学家在原子芯片上创建了一个干涉仪,可以限制和/或操纵原子。使用磁铁在芯片上悬浮在芯片上的菱形原子。磁梯度用于根据各个原子的旋转值来分割光束。旋转是一个可以具有两个值的磁矩,取向或向下。通过磁性梯度分离旋转和旋转原子。随后,两种发散梁再次聚集在一起并重组。然后测量自旋值,形成干涉图案。旋转是量子现象,并且在整个干涉仪中,相对的旋转缠绕。这使得干涉仪对其他量子现象敏感。

Mazumdar没有参与芯片的建设,但他为纸张提供了理论上的见解。他以前的一些同事们提出了一个实验,以确定重力是否实际上是使用缠绕的介面物体的量子现象,即可以以量子叠加状态带来的微小钻石。他解释说,“可以使用这些干涉仪上的这些钻石而不是铷原子。然而,该过程将是高度复杂的,因为目前在室温下运行的装置需要将冷却至约1个开尔文进行介观实验。

如果实现这一点,则自由落下,这些原子芯片中的两个可以自由掉下来(以中和外部重力),因此它们之间发生的任何相互作用取决于两个芯片之间的引力拉动。Mazumdar及其同事旨在确定该对的量子缠绕在自由落体中是否发生,这意味着钻石之间的重力的力量确实是量子现象。该实验的另一个应用是检测重力波;它们的空间变形应在干扰图案中可见。

这种实验的实际实施仍然很长的路,但Mazumdar现在非常兴奋,现在是干涉仪已经创建的。“它已经是[a]量子传感器,但我们仍然必须究竟要么可以弄清楚它可以检测到什么。实验就像宝宝的第一步 - 现在,我们必须指导它达到成熟。

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参考文献:Yair Margalit,Zhifkowski,Zhifan Zhou,Omer Amit,Yonathan Japha,Samuel Moukouri,Daniel Rohrlich,Anupam Mazumdar,Sougato Bose,Carsten Henkel和Ron Folman:实现完整的Stern-Gerlach干涉仪:朝着量子重力测试科学推进,在线2021年5月28日。

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