Die für das Experiment verwendete Glaszelle. (ICFO) Quantenphysiker haben einen neuen Rekord für die Sammlung einer persistenten Gruppe von aufgestellt verschränkte Atome zusammen, um 15 Billionen Atome in einer „heißen und chaotischen“ Gaswolke koexistieren zu lassen.
Quantenverschränkung ist das Kernphänomen der Quantenphysik, bei dem sich zwei Teilchen auf mysteriöse Weise gegenseitig beeinflussen können, egal wie groß der Abstand zwischen ihnen ist – wenn wir also eines von ihnen messen, erhalten wir sofort die Messung des anderen.
Obwohl Wissenschaftler noch nicht vollständig verstehen, warum dies geschieht, geschieht es tatsächlich; aber Quanten demonstrieren Verstrickung bleibt ein heikler und herausfordernder Prozess.
Verschränkte Zustände benötigen ganz bestimmte Bedingungen, um zu existieren und zu überleben, wobei die meisten Experimente in diesem Forschungsbereich bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt durchgeführt werden.
Künstlerische Illustration der Atomwolke. (ICFO)
Deshalb ist diese neue Studie eine solche Leistung. Den Wissenschaftlern gelang es, ein heißes, chaotisches Gas aus Atomen zu erzeugen, das auf etwa 450 Kelvin (177 °C oder 350 °F) erhitzt wurde und vollgepackt war mit etwa 15 Billionen verschlungener Atome – etwa 100 Mal mehr, als jemals zuvor zusammen beobachtet wurden.
Auch diese Atome waren nicht isoliert: Lasermessungen zeigten, dass sie ineinander kollidierten, und zwischen den verschränkten Paaren befanden sich manchmal Tausende anderer Atome. Das Experiment zeigte auch, dass der Zustand der Verschränkung möglicherweise stärker ist als bisher angenommen.
„Wenn wir die Messung stoppen, bleibt die Verschränkung etwa eine Millisekunde bestehen, was bedeutet, dass 1.000 Mal pro Sekunde eine neue Charge von 15 Billionen Atomen verschränkt wird.“ sagt der Quantenphysiker Jia Kong vom Institut für Photonische Wissenschaften in Spanien (ICFO).
„Sie müssen denken, dass 1 ms eine sehr lange Zeit für die Atome ist, lang genug, damit etwa 50 zufällige Kollisionen stattfinden.“ Dies zeigt deutlich, dass die Verschränkung durch diese zufälligen Ereignisse nicht zerstört wird. „Das ist vielleicht das überraschendste Ergebnis der Arbeit.“
Während die meisten Quantenverschränkung Experimente nutzen extrem niedrige Temperaturen, um Interferenzen wie diese Kollisionen auf ein Minimum zu beschränken. Diese Studie – unter Verwendung von Rubidiummetall und Stickstoffgas – zeigt, dass Verschränkungen viel heißere Temperaturen überstehen können.
Wenn wir dieses Phänomen in der nächsten Generation nutzen können Kommunikationssysteme Und Quantencomputer , wir müssen es in wärmeren, lauteren Umgebungen zum Laufen bringen, und diese neue Forschung weist den Weg dorthin.
Eine Möglichkeit, wie diese Erkenntnisse in Zukunft nützlich sein könnten, liegt darin, Magnetenzephalographie oder magnetische Bildgebung des Gehirns, ein Verfahren, bei dem ähnlich heiße, hochdichte Atomgase verwendet werden, um durch Gehirnaktivität erzeugte Magnetfelder zu erkennen. Eine Verschränkung könnte die Technik möglicherweise empfindlicher machen.
Vorerst haben Wissenschaftler jedoch mehr über die Regeln der Quantenverschränkung erfahren und darüber, was sie aushalten kann und was nicht.
„Dieses Ergebnis ist überraschend, eine echte Abweichung von dem, was jeder von einer Verschränkung erwartet.“ sagt ICFO-Quantenphysiker Morgan Mitchell .
„Wir hoffen, dass ein solcher riesiger verschränkter Zustand zu einer besseren Sensorleistung in Anwendungen führen wird, die von der Bildgebung des Gehirns über selbstfahrende Autos bis hin zur Suche reichen.“ Dunkle Materie .'
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturkommunikation .