دانشمندان شش نوسان‌گر را به یکی تبدیل کردند و این می‌تواند دنیای کوانتوم را تغییر دهد
پژوهشگران در EPFL قدرت شش نوسان‌گر مکانیکی را در یک حالت جمعی ترکیب کردند. این موفقیت بزرگ به توسعه حسگرهای فوق‌العاده دقیق و اجزای دیگری که برای سیستم‌های کوانتومی بزرگ‌مقیاس برخوردار از اهمیت هستند، کمک خواهد کرد.
نوسان‌گرهای مکانیکی در بسیاری از ابزارها و فناوری‌های روزمره قابل مشاهده هستند. آنها توانایی تولید حرکت دقیق و تکراری از طریق تبدیل انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل و بالعکس را دارند.
یک مثال ساده آونگ در ساعت دیواری است که به عقب و جلو تاب می‌خورد. فنرها و پیستون‌ها نمونه‌های دیگر هستند. اما تاکنون، این نوسان‌گرهای ماکروسکوپی برای کاربردهای معمولی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. دانشمندان می‌خواهند از آنها برای سیستم‌های کوانتومی استفاده کنند.
زیرا کنترل نوسان‌گرهای مکانیکی در سطح کوانتومی برای توسعه فناوری‌های آینده در محاسبات کوانتومی و حسگری فوق‌العاده دقیق ضروری است.
رمز کنترل جمعی نوسان‌گرها
تحقیقات قبلی بر استفاده از یک نوسان‌گر مکانیکی برای سیستم‌های کوانتومی متمرکز بوده‌اند. این روش برای کاربردهای کوچک‌مقیاس مانند فشردگی کوانتومی یا سرمایش حالت پایه به خوبی عمل می‌کند.
با این حال، سیستم‌های کوانتومی بزرگ‌مقیاس قدرتمند نیاز به کنترل بسیار دقیق بر چندین نوسان‌گر با خصوصیات تقریباً مشابه دارند. یافته‌های این مطالعه جدید می‌تواند در این زمینه کمک کند.
پژوهشگران از تکنیکی به نام سرمایش کناری استفاده کردند. این تکنیک با استفاده از لیزر برای سرمایش اتم‌ها و یون‌ها به حالت پایه خود استفاده می‌شود. وقتی این لیزر به یک نوسان‌گر اعمال می‌شود، لرزش‌های حرارتی را کاهش می‌دهد و سیستم را ساکن می‌کند.
با استفاده از این تکنیک، نویسندگان مطالعه شش نوسان‌گر منفرد را به یک سیستم جمعی، یک هگزامر، تبدیل کردند. آنها همچنین نوسان‌گرها را به یک حفره مایکروویوی وصل کردند که تعامل نوسان‌گرها را بهبود بخشید.
جالب‌تر این است که با آماده‌سازی مود جمعی در حالت پایه کوانتومی آن، ما عدم تقارن باند جانبی کوانتومی را مشاهده کردیم، که نشان از حرکت جمعی کوانتومی است. معمولاً حرکت کوانتومی به یک جسم محدود است، اما در اینجا این حرکت کل سیستم نوسان‌گرها را شامل می‌شود.
رفتار جمعی کلید بهبود سیستم‌های کوانتومی است
هگزامر موجب ایجاد اثرات کوانتومی با خصوصیات بهبود یافته شد. برای مثال، نویسندگان مطالعه ظهور مودهای مکانیکی با انرژی بالا را مشاهده کردند.
این مودها همچنین به عنوان مودهای تاریک شناخته می‌شوند زیرا با حفره سیستم تعامل نمی‌کنند و بینش‌های ارزشمندی در مورد جریان‌های انرژی در یک سیستم کوانتومی فراهم می‌کنند.
نویسندگان مطالعه همچنین متوجه نرخ‌های سرمایش بهتر شدند، که برای حذف لرزش‌های حرارتی ناخواسته و حفظ ثبات یک سیستم کوانتومی حیاتی است.
علاوه بر این، یافته‌ها تأیید تجربی نظریه‌ها درباره رفتار جمعی کوانتومی در سیستم‌های مکانیکی را فراهم می‌کنند و امکانات جدیدی برای بررسی حالت‌های کوانتومی باز می‌کنند.
این روش می‌تواند توسعه کامپیوترهای کوانتومی و سیستم‌های کوانتومی بزرگ‌مقیاس که بسیار قدرتمندتر از سیستم‌های فعلی هستند را آغاز کند.
این مطالعه در مجله Science منتشر شده است.
