آینه‌های اتمی نوری نوید حسگرهای کوانتومی پیشرفته‌تری را می‌دهند

دانشمندان برای تقویت حسگرهای کوانتومی، پالس‌های نور را به آینه‌های اتمی تبدیل می‌کنند.

از آنجایی که بازتاب‌های اتمی ناخواسته منجر به ایجاد خطا در حسگرهای کوانتومی می‌شوند، دانشمندان آلمانی راهی برای استفاده از پالس‌های نوری ویژه برای خلاص شدن از شر این بازتاب‌های مزاحم یافته‌اند.

محققان آلمانی تکنیک خاصی را توسعه داده‌اند که امکان کنترل بهتر بازتاب‌های اتمی در حسگرهای کوانتومی را فراهم می‌کند. این رویکرد جدید از پالس‌های نوری با مهندسی دقیق به عنوان آینه‌های اتمی برای کاهش نویز و تشدید اندازه‌گیری‌های کوانتومی استفاده می‌کند.

تفاوت زیادی بین حسگرهای معمولی و کوانتومی وجود دارد. اولی برای اندازه‌گیری خواصی مانند دما، فشار یا حرکت به فیزیک کلاسیک متکی است. با این حال، اندازه‌گیری آنها تحت تأثیر عواملی مانند نویز حرارتی، کیفیت مواد و اختلالات محیطی قرار می گیرد.

حسگرهای کوانتومی از اثرات کوانتومی، مانند رفتار موجی اتم‌ها یا حالات کوانتومی آن‌ها استفاده می‌کنند تا حتی کوچک‌ترین تغییرات در مقادیر فیزیکی را با دقت بسیار بالا تشخیص دهند. به عنوان مثال، یک ساعت اتمی (حسگر کوانتومی) بسیار دقیق‌تر از ساعت کوارتز (یک حسگر کلاسیکی) است، زیرا زمان را به جای ارتعاشات مکانیکی با استفاده از انتقال انرژی ترازهای اتمی اندازه‌گیری می‌کند.

حسگرهای کوانتومی برای کارکرد صحیح، به آینه‌هایی با طراحی دقیق و تقسیم‌کننده‌های پرتو برای کنترل حرکت اتم‌ها متکی هستند. با این حال، ممکن است مواردی وجود داشته باشد که برخی از اتم‌ها به دلیل نقص در تنظیمات نوری یا نورهای سرگردان به روش‌های غیرمنتظره‌ای منعکس شوند.

این بازتاب‌های ناخواسته می‌توانند در اندازه‌گیری‌های سنسورهای کوانتومی تداخل ایجاد کنند و دقت آن‌ها را کاهش دهند. محققان برای غلبه بر این چالش، از پالس‌های نور به عنوان آینه‌های اتمی با سرعت بالا  استفاده کردند.

هنگامی که یک اتم بدرستی در مواجهه با یک پالس نوری قرار گیرد، این برهمکنش را می‌توان طوری مهندسی کرد که ویژگی اتم را منعکس کند؛ دقیقاً مانند زمانی که یک آینه نوری فقط طول‌موج‌های خاصی از نور را منعکس می‌کند و به سایر طول‌موج‌ها اجازه عبور می‌دهد.

پالس‌های نور به عنوان آینه‌های اتمی با سرعت بالا به گونه‌ای تنظیم می‌شوند که فقط با اتم‌هایی که با سرعت‌های خاصی حرکت می‌کنند، برهمکنش داشته باشند. اتم‌هایی که با سرعت و جهت مورد نظر مطابقت دارند، به طور همدوس منعکس می‌شوند، به این معنی که به طور قابل پیش‌بینی به عقب بازمی‌گردند، در حالی که اتم‌هایی که با سرعت‌های ناخواسته حرکت می‌کنند، با پالس برهمکنش نکرده و از آن عبور می‌کنند. نویسندگان این تحقیق خاطرنشان کردند: «این رویکرد نویز سیگنال را کاهش می‌دهد و اندازه‌گیری‌ها را بسیار دقیق‌تر می‌کند».

علاوه بر این، این تکنیک با تنظیمات آزمایشی فعلی که از پراش براگ مرتبه بالاتر استفاده می‌کنند، سازگار است؛ به این معنی که می‌توان آن را به راحتی در حسگرهای کوانتومی موجود بدون نیاز به تغییرات عمده ادغام کرد.

لینک خبر: https://interestingengineering.com/science/atomic-mirrors-light-sharper-quantum-sensors