Tämä koe osoittaa, että aikakiteet voivat olla vuorovaikutuksessa ulkomaailman kanssa hajoamatta, mikä avaa uusia mahdollisuuksia niiden käytölle kvanttisiruissa tai edistyneissä viestintäjärjestelmissä.
Ensimmäistä kertaa kvanttifysiikka on saavuttanut sen, mikä vielä äskettäin tuntui mahdottomalta: se on mahdollistanut aikakiteen vuorovaikutuksen ulkomaailman kanssa hajoamatta. Tämä virstanpylväs avaa uuden aikakauden kvanttimateriaalin tutkimuksessa ja tuo tutkijat lähemmäksi mahdollisuutta luoda todellisia laitteita, jotka toimivat laboratorio-olosuhteiden ulkopuolella.
Aikakide on eksoottinen aineen tila, jonka rakenne toistuu ajassa , kuten perinteinen kide tilassa. Sen sijaan, että se pysyisi staattisena, se värähtelee jatkuvasti ja järjestäytyneesti kuluttamatta energiaa.
On tärkeää huomata, että tähän asti nämä järjestelmät ovat voineet olemassa vain erittäin kontrolloiduissa olosuhteissa, täysin eristettyinä ympäristöstään, jotta niiden herkkä tasapaino ei häiriintyisi, kuten Aalto-yliopiston tutkijaryhmä on raportoinut ja julkaissut Nature -lehdessä.
Tämä osoittaa, että aikakristalli voidaan yhdistää todelliseen fyysiseen ympäristöön menettämättä sen vakautta. Ensimmäistä kertaa tällainen kvanttijärjestelmä onnistui ”kommunikoimaan” ulkomaailman kanssa, mikä on tärkeä askel sen käytännön hyödyntämisessä antureissa ja tulevaisuuden kvanttiteknologioissa.
Mitä tarkoittaa aikakristallin yhdistäminen ulkomaailmaan
Kokeen aikana onnistuttiin saavuttamaan ennennäkemätön tulos: aika-kristalli, joka reagoi ulkoisiin vaikutuksiin tuhoutumatta. Tutkijat käyttivät magnoneja – magneettisia virityksiä, jotka toimivat kuin kvasi-hiukkaset – suprajohtavan heliumin sisällä – materiaalissa, joka säilyttää kvanttiominaisuutensa äärimmäisen alhaisissa lämpötiloissa.
Kiteen sisäiset värähtelyt ovat vuorovaikutuksessa nesteen pinnalla olevien aaltojen kanssa, mikä mahdollistaa kahden järjestelmän keskinäisen vaikutuksen havainnoinnin. Tämä ilmiö on samanlainen kuin optomekaniikka – tieteenala, joka tutkii kvanttijärjestelmien vuorovaikutusta fyysisten objektien, kuten peilien tai kalvojen, kanssa ilman koherenssin menetystä.
Tässä tapauksessa vuorovaikutus oli riittävän vakaa osoittamaan, että aikakiteet voivat pysyä aktiivisina jopa kosketuksessa ympäristön kanssa . Aalto-tiimi onnistui moduloimaan aikakiteen taajuutta sen sisältävän nesteen värähtelyjen avulla.
Tämä vaikutus johti pieniin, havaittaviin muutoksiin spektrissä, mikä on selvä merkki kahden järjestelmän välisestä yhteydestä. On syytä huomata, että saavutus ei ollut vain yhteyden luominen, vaan myös sen hallinta. Siksi tutkijat onnistuivat ensimmäistä kertaa säätämään kiteen käyttäytymistä muuttamatta sen ajallista rakennetta.
Lopulta tämä on valtava läpimurto, koska se osoittaa, että sen reaktio ulkoisiin ärsykkeisiin voidaan mitata ilman, että se hajoaa, mikä avaa mahdollisuuden käyttää sitä erittäin herkänä kvanttianturina tai yhdistävänä elementtinä fysikaalisten ja kvanttijärjestelmien välillä.
Erittäin tärkeä askel eteenpäin tieteelle
Vielä muutama vuosi sitten aikakiteet olivat puhtaasti teoreettinen käsite, mutta tämä koe osoittaa, että niillä voi olla todellista käyttöä laboratorion ulkopuolella. Suomalaisen ryhmän saavuttama vuorovaikutus vahvistaa, että kvanttimateria voi olla vuorovaikutuksessa fyysisen ympäristön kanssa menettämättä vakauttaan .
Tutkimuksen mukaan tämä mahdollisuus vahvistaa ajallisten kristallien käytön perustana erittäin tarkkojen anturien, kvanttiprosessoreiden ja jopa viestintäjärjestelmien kehittämisessä, joissa tieto pysyy vakaana pidempään. Toisin sanoen, tutkimus vie kvanttifysiikan käytännön tasolle.
Seuraava askel on tämän tyyppisen viestinnän laajentaminen muihin ympäristöihin, kuten elektronisiin piireihin tai optisiin järjestelmiin. Ajatuksena on integroida aikakiteet laitteisiin, jotka pystyvät toimimaan itsenäisesti ja käytännöllisesti ulkomaailmassa.
Tämä läpimurto voi nopeuttaa kvanttiteknologian kehitystä lääketieteessä, tietoliikenteessä ja metrologiassa . Päätehtävä pysyy kuitenkin samana: oppia yhdistämään kvanttitarkkuus ja fyysisen maailman vakaus menettämättä kummankaan olemusta.
Aalto-yliopiston tutkijoiden löytö merkitsee käännekohtaa kvanttitutkimuksessa. Aikakiteen yhdistäminen ulkomaailmaan osoittaa, että rajat kvantti- ja klassisten ilmiöiden välillä voivat alkaa hämärtyä.
Jos tutkijat onnistuvat parantamaan tätä vuorovaikutusta, aikakiteet voivat tulla seuraavan sukupolven anturien, tietokoneiden ja kvanttiviestintäjärjestelmien avainkomponenteiksi.
