Var snabb, undvik ljus och rulla genom en kurvig ramp:Detta är receptet på ett banbrytande experiment som föreslagits av teoretiska fysiker i en nyligen publicerad artikel publicerad i Physical Review Letters . Ett objekt som utvecklas i en potential skapad av elektrostatiska eller magnetiska krafter förväntas snabbt och tillförlitligt generera ett makroskopiskt kvantöverlagringstillstånd.
Gränsen mellan den vardagliga verkligheten och kvantvärlden är fortfarande oklar. Ju mer massivt ett objekt, desto mer lokaliserat blir det när det görs kvant genom att kyla ner dess rörelse till den absoluta nollpunkten.
Forskare, ledda av Oriol Romero-Isart från Institutet för kvantoptik och kvantinformation (IQOQI) vid Österrikes vetenskapsakademi (ÖAW) och institutionen för teoretisk fysik vid universitetet i Innsbruck, föreslår ett experiment där en optiskt svävande nanopartikel , kylt till sitt grundtillstånd, utvecklas i en icke-optisk ("mörk") potential skapad av elektrostatiska eller magnetiska krafter. Denna utveckling i mörkrets potential förväntas snabbt och tillförlitligt generera ett makroskopiskt kvantsuperpositionstillstånd.
Laserljus kan kyla en glaskula i nanoskala till dess rörelsegrundtillstånd. Lämnade ensamma, bombarderade av luftmolekyler och sprider inkommande ljus, värms sådana glaskulor snabbt upp och lämnar kvantregimen, vilket begränsar kvantkontrollen. För att undvika detta föreslår forskarna att låta sfären utvecklas i mörkret, med ljuset avstängt, enbart styrd av ojämna elektrostatiska eller magnetiska krafter. Denna utveckling är inte bara tillräckligt snabb för att förhindra uppvärmning av herrelösa gasmolekyler utan lyfter också den extrema lokaliseringen och präglar otvetydigt kvantegenskaper.
Den senaste artikeln i Physical Review Letters diskuterar också hur detta förslag kringgår de praktiska utmaningarna med denna typ av experiment. Dessa utmaningar inkluderar behovet av snabba experimentkörningar, minimal användning av laserljus för att undvika dekoherens och möjligheten att snabbt upprepa experimentkörningar med samma partikel. Dessa överväganden är avgörande för att mildra effekterna av lågfrekvent brus och andra systematiska fel.
Detta förslag har diskuterats ingående med experimentella partner i Q-Xtreme, ett ERC Synergy Grant-projekt. "Den föreslagna metoden är anpassad till den nuvarande utvecklingen i deras labb och de bör snart kunna testa vårt protokoll med termiska partiklar i den klassiska regimen, vilket kommer att vara mycket användbart för att mäta och minimera bruskällor när lasrar är avstängda", säger teoriteam av Oriol Romero-Isart.
"Vi tror att även om det ultimata kvantexperimentet kommer att vara oundvikligt utmanande, borde det vara genomförbart eftersom det uppfyller alla nödvändiga kriterier för att förbereda dessa makroskopiska kvantöverlagringstillstånd."
Mer information: M. Roda-Llordes et al, Macroscopic Quantum Superpositions via Dynamics in a Wide Double-Well Potential, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.023601
Journalinformation: Fysiska granskningsbrev
Tillhandahålls av University of Innsbruck
