Ученые из Еврейского университета в Иерусалиме (Израиль) и Корнеллского университета (США) представили революционный метод продления жизни квантовой информации в атомах. Исследование, опубликованное в Physical Review Letters, демонстрирует, как один точно настроенный лазер может замедлить «рассинхронизацию» атомных спинов — явление, ограничивающее надежность и точность квантовых устройств.
В квантовых сенсорах и устройствах хранения информации атомы используются как чувствительные элементы. Их спины (квантовое свойство, чувствительное к магнитным полям) со временем теряют ориентировку из-за столкновений с другими атомами или стенками контейнера. Этот процесс, известный как релаксация спина, ограничивает эффективность многих современных квантовых технологий.
До недавнего времени борьба с этим эффектом требовала сложного оборудования: экранирования от магнитных полей и работы в строго определенных условиях. Но новая разработка делает это с помощью света.
Исследователи использовали один лазерный луч, который изменяет энергетические уровни атомов, создавая «оптическое смещение», синхронизирующее спины атомов даже при их постоянных столкновениях. В эксперименте с теплым паром цезия это позволило в 9 раз продлить время когерентности — период, в течение которого атомы сохраняют упорядоченную ориентацию спинов.
Фактически ученые создали оптический «щит», сохраняющий согласованное поведение атомов даже в условиях, где они обычно быстро теряют информацию.
Этот метод особенно важен для разработки:
- квантовых магнитометров, используемых в медицине, археологии и космосе;
- систем навигации, не зависящих от GPS;
- квантовой памяти, где спин атомов используется для хранения информации.
Преимущество метода — его простота и совместимость с «теплыми» условиями, без необходимости сверхнизких температур или сложной настройки магнитных полей. Это делает технологию более практичной для внедрения в реальных устройствах.
Ранее Наука Mail рассказывала, что впервые в истории ученые смогли воспроизвести механизм ускорения Ферми в лабораторных условиях с помощью ультрахолодных атомов.