برای اندازه‌گیریِ یک کمیتِ فیزیکی با دقتِ بسیار بالا می‌توان آزمایشی ترتیب داد که شمارِ بسیار زیادی روبش‌گر، مانند اتم‌ها یا فوتون‌ها در آن به‌کار رفته باشد. به طور کلی اگر N شمارِ روبش‌گرها باشد آن‌گاه با افزایشِ روبش‌‌گرها، دقتِ اندازه‌گیری هم به صورت 1/√ N افزایش می‌یابد. اما اگر این روبش‌گرها از دیدِ مکانیکِ کوانتومی در حالتِ درهم‌تنیده باشند، دقتِ اندازه‌گیری به تندیِ 1/N افزایش می‌یابد. البته اصلِ عدمِ قطعیتِ هایزنبرگ، برروی این روندِ افزایشی حد می‌گذارد. برای بهره‌گیری از این برتریِ کوانتومی، پژوهش‌گران به روشی دقیق نیاز دارند که بتوانند در حالت‌های کوانتومیِ مشخص، شمارِ ذراتِ درهم‌تنیده را تعیین کنند. این کار به ازای مقادیرِ بزرگِ N به یک چالش تبدیل می‌شود. Hao Zhang و هم‌کارانش از موسسه‌ی فن‌آوریِ ماساچوست (MIT) در کمبریج، یک آرایشِ گزینشی از حالت‌های کوانتومی را در Physical Review Letters  معرفی کرده و نشان داده‌اند که این آرایش، امکانِ شمارشِ بیش از 100 اتم را فراهم می‌کند.

Courtesy Robert McConnell/Massachusetts Institute of Technology

این پژوهش‌گران آنسامبلی از اتم‌های روبیدیوم را در یک کاواکِ اپتیکی محصور کرده و اتم‌ها را در محلِ تشکیلِ شکمِ امواجِ ایستاده (که توسطِ یک لیزرِ فروسرخ تولید می‌شد) به دام انداختند. به این ترتیب بسامدِ زنش (تشدیدِ) کاواک به اندازه‌ای متناسب با شمارِ اتم‌ها، جابه‌جا می‌شود. به کمکِ لیزرِ دوم، اعضای این گروه ‌توانستند این جابه‌جاییِ بسامد را پی‌گیری کرده و شمارِ کلِ اتم‌ها را تعیین کنند. می‌توان همین آرایش را چنان برپا و تنظیم کرد که تنها اتم‌های موجود در یکی از حالت‌های فوقِ ریزِ اتمِ روبیدیوم را بشمارد.

این پژوهش‌گران روشِ آشکارسازیِ خود را بهینه کرده و چشمه‌های نوفه (نویز) را در آزمایشِ خود حذف کردند. بهینه‌سازیِ روش این امکان را برای آن‌ها فراهم کرد که شمارشی با دقتِ تک‌اتمی انجام داده و بیش از 150 اتم را بشمارند. این گروه هم‌چنین بیش از 100 اتم را در یک حالتِ فوقِ ریزِ معین، شمرده‌اند. توانایی در به‌کارگیریِ آنسامبل‌های بزرگ از ذراتِ درهم‌تنیده، این امکان را فراهم می‌کند که این طرحِ سنجه‌شناسیِ کوانتومی، دقتِ روش‌های اندازه‌گیری را بهبود بخشد، مانندِ درجه‌بندی (کالیبراسیونِ) بسامد به کمک ساعت‌های اتمی.

اعضای گروه پژوهشی:

Hao Zhang, Robert McConnell, Senka Ćuk, Qian Lin, Monika H. Schleier-Smith, Ian D. Leroux, and Vladan Vuletić

نویسنده: Matteo Rini

مرجع:

Phys. Rev. Lett. 109, 133603 (2012)

Published September 27, 2012

منبع:

http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.109.133603