Forskare vid Delft University of Technology har skapat en kvantkrets för att lyssna på den svagaste radiosignalen som tillåts av kvantmekanik. Denna nya kvantkrets öppnar dörren för möjliga framtida tillämpningar inom områden som radioastronomi och medicin (MRI). Det gör det också möjligt för experiment att belysa samspelet mellan kvantmekanik och gravitation. Resultaten har publicerats i Vetenskap .

Den vanliga lösningen på en svag radiosignal är att hitta en större signal, till exempel, genom att välja en annan radiostation eller genom att flytta till andra sidan rummet. Dock, m tänk om vi bara kunde lyssna mer noggrant?

Svaga radiosignaler är inte bara en utmaning för människor som försöker hitta sin favoritradiostation, men också för magnetisk resonansavbildning (MRI) skannrar på sjukhus, såväl som för teleskop som forskare använder för att titta in i rymden. I ett kvantsprång i radiofrekvensdetektering, forskare i gruppen av professor Gary Steele i Delft demonstrerade upptäckt av fotoner eller energikvant, de svagaste signalerna som tillåts av teorin om kvantmekanik.

Kvantbitar

En av de märkliga förutsägelserna för kvantmekanik är att energi kommer i små bitar som kallas kvanta. Vad betyder det här? "Säg att jag trycker på ett barn i en gunga, "säger huvudforskaren Mario Gely." I den klassiska fysikteorin, om jag vill att barnet ska gå lite snabbare kan jag ge dem en liten knuff, ger dem mer fart och mer energi. Kvantmekanik säger något annat:Jag kan bara öka barnets energi ett "kvantsteg" i taget. Det är inte möjligt att pressa med hälften av det beloppet. "

För ett barn på en gunga, dessa kvantsteg är så små att de är för små för att märka. Tills nyligen, samma sak gällde radiovågor. Dock, forskargruppen i Delft utvecklade en krets som faktiskt kan upptäcka dessa energibitar i radiofrekvenssignaler, öppnar möjligheten att avkänna radiovågor på kvantnivå.

Från kvantradio till kvantgravitation?

Utöver applikationer inom kvantavkänning, gruppen i Delft är intresserad av att ta kvantmekaniken till nästa nivå:massa. Medan teorin om kvantelektromagnetism utvecklades för nästan 100 år sedan, fysiker är fortfarande förbryllade idag om hur man anpassar gravitationen till kvantmekanik.

"Med hjälp av vår kvantradio, vi vill försöka lyssna på och kontrollera kvantvibrationerna för tunga föremål, och utforska experimentellt vad som händer när du blandar kvantmekanik och gravitation, "Gely sa." Sådana experiment är svåra, men om vi lyckas skulle vi kunna testa om vi kan göra en kvantöverlagring av rymdtiden själv, ett nytt koncept som skulle testa vår förståelse av både kvantmekanik och allmän relativitet. "