Ett team som leds av den österrikiska experimentfysikern Rainer Blatt har lyckats karaktärisera kvantinvikling av två rumsligt separerade atomer genom att observera deras ljusemission. Denna grundläggande demonstration kan leda till utveckling av mycket känsliga optiska gradiometrar för exakt mätning av gravitationsfältet eller jordens magnetfält.

Kvantteknikens tidsålder har länge känts. Decennier av forskning i kvantvärlden har lett till utvecklingen av metoder som gör det möjligt idag att utnyttja kvantegenskaper specifikt för tekniska tillämpningar. Teamet som leds av Innsbrucks kvantdatorpionjär Rainer Blatt kontrollerar individuella atomer mycket exakt i experiment med jonfällor. Den avsiktliga sammanblandningen av dessa kvantpartiklar öppnar inte bara möjligheten att bygga en kvantdator, men skapar också grunden för mätning av fysiska egenskaper med tidigare okänd precision. Fysikerna har nu för första gången lyckats demonstrera fullt kontrollerad kvantinterferens i fritt utrymme för enstaka fotoner som avges av ett par effektivt separerade intrasslade atomer.

"I dag, vi kan mycket exakt styra partiklarnas position och intrassling och generera enstaka fotoner efter behov, "förklarar Gabriel Araneda från Rainer Blatts team från Institutionen för experimentell fysik vid universitetet i Innsbruck." Tillsammans detta gör att vi kan undersöka effekterna av intrassling i den kollektiva atom-ljusinteraktionen. "Fysikerna vid universitetet i Innsbruck jämförde fotoninterferensen som produceras av intrasslade och icke-intrasslade bariumatomer. Mätningarna visade att dessa är kvalitativt olika. Faktum är faktiskt , den uppmätta skillnaden mellan interferensfransarna motsvarar direkt mängden trassel i atomerna. "På så sätt kan vi karakterisera intrasslingen fullt optiskt, "Gabriel Araneda betonar experimentets betydelse. Fysikerna kunde också visa att interferenssignalen är mycket känslig för miljöfaktorer vid atomerna." Vi utnyttjar denna känslighet och använder den observerade interferenssignalen för att mäta magnetiska fältgradienter, "säger Araneda. Denna teknik kan leda till utveckling av ultrakänsliga optiska gradiometrar. Eftersom den uppmätta effekten inte är beroende av atomernas närhet, dessa mätningar kan göra det möjligt att exakt jämföra fältstyrkor på separata platser, såsom jordens magnetiska eller gravitationella fält.

Arbetet publicerades i tidskriften Fysiska granskningsbrev och fick ekonomiskt stöd av den österrikiska vetenskapsfonden FWF, Europeiska unionen och Federation of Austrian Industries Tyrol, bland andra.