Rydberg atomları arasındaki güçlü etkileşimin neden olduğu itici kuvvetin bir sonucu olarak, Moleküler Bilimler Enstitüsü’nden araştırmacılar, ultra hızlı kuantum simülatörlerinde elektronik ve hareketli durumlar arasında kuantum dolanıklığını gösterdiler. Dahası, parçacıklar arasındaki itici kuvvet kavramını içeren kuantum simülasyonuna yeni bir yaklaşım önerdiler. Physical Review Letters, çalışmalarını 30 Ağustos’ta yayınladı.
Hesaplama, modelleme ve algılama gibi kuantum teknolojileri için bir temel olarak optik tuzaklara ve içerdikleri soğuk atomlara büyük ilgi duyulmaktadır.
Tek tek atomların kuantum durumları arasındaki ilişki olan kuantum dolanıklığı, kuantum teknolojisi için çok önemlidir. Soğuk atom platformlarındaki kuantum dolanıklık, Rydberg durumları olarak da bilinen dev elektronik orbitaller aracılığıyla üretilir.
Bu makalenin yazarları ultra hızlı kuantum simülatöründe kuantum durumu üzerine kapsamlı bir araştırma yürütmüşlerdir. Bulguları, Rydberg durumundaki atomlar arasındaki güçlü itme kuvvetinin, atomik elektronik durumlar arasındaki kuantum dolanıklığı ile birlikte, elektronik durumlar ve hareketli durumlar arasındaki kuantum dolanıklığını oluşturduğunu göstermektedir.
Yarım mikronluk bir aralıkla, 300.000 Rubidyum atomu lazerle 100 nanokelvine soğutuldu ve ardından optik tuzak içindeki optik bir kafese yerleştirildi. Daha sonra sistem 10 pikosaniyelik bir lazer ışığı patlamasına maruz bırakılarak, 5s orbitalindeki temel hal-elektron-ve Rydberg hali-muazzam 29s orbitalindeki elektron- kuantum süperpozisyonu üretildi.
Daha önceki araştırmalar, yakındaki atomların Rydberg durumuna uyarılmasını engelleyen Rydberg engellemesi nedeniyle Rydberg atomları arasındaki mesafeyi yaklaşık 5 mikronla sınırlandırmıştı. Yazarlar, son derece hızlı uyarım için ultra kısa darbeli lazer ışığı kullanarak bu etkiyi bertaraf etmeyi başardılar.
Kuantum süperpozisyonunun zaman içindeki büyümesini takip eden yazarlar, elektronik durumlar arasındaki dolanıklığa ek olarak, elektronik durumlar ve hareketli durumlar arasındaki kuantum dolanıklığının nanosaniyeler içinde üretildiğini keşfettiler. Rydberg halindeki atomlar arasındaki son derece güçlü bağlantı, itici bir kuvvet yaratıyor ve bu da “atom ya Rydberg halindedir ya da değildir” ve “atom ya hareket ediyordur ya da değildir” arasındaki korelasyonu ortaya çıkarıyor. Bu da fenomeni açıklamaya yardımcı olur.
Bu etki, yalnızca Rydberg atomları ile optik kafesin atomik dalga fonksiyonunun yayılımı arasındaki mesafe 60 nanometre olduğunda kendini gösterir ve tespiti, yazarların 0,5 mikronluk bir mesafeye ulaşan yeni ultra hızlı uyarma yaklaşımı ile mümkün olmuştur.
Buna ek olarak, bilim insanları kuantum simülasyonuna, malzemelerdeki elektronlar gibi parçacıklar arasındaki itici kuvveti dikkate alan yeni bir yaklaşım önerdiler. Ultra hızlı atımlı lazerler kullanılarak atomlar nanosaniye ölçeğinde Rydberg durumlarına uyarılabilir ve böylece itici bir kuvvet ortaya çıkar. Optik kafes tuzaklama, bunu hızla tekrarlayarak atomlar arasındaki itici kuvvetin keyfi olarak kontrol edilmesini sağlar. Bu teknoloji kullanılarak itici kuvvet parçacıklarının hareket durumlarının yeni bir kuantum simülasyonunun gerçekleştirilmesi beklenmektedir.
Bu makalenin araştırma grubu da ultra hızlı soğuk atom kuantum bilgisayarları sayesinde bu alanda ses getiriyor. Geleneksel soğuk atom kuantum bilgisayarlarıyla karşılaştırıldığında, iki kübitli bir kapı işlemini tamamlamak için gereken süreyi iki katına çıkarıyor. Ultra hızlı soğuk atom kuantum bilgisayarındaki iki kübitli kapı işlemi, Rydberg durumları kullanılarak gerçekleştiriliyor; ancak işlemin doğruluğu, kısmen etkileşim sırasındaki atomik hareketliliğin etkisi nedeniyle azalıyor.
İki kübitli kapı işleminin doğruluğunun artırılması ve gelecekte sosyal olarak kullanılabilir kuantum bilgisayarların gerçekleştirilmesi, bu makalenin elektronik ve hareketli durumlar arasındaki kuantum dolanıklığının oluştuğu sürecin deneysel olarak ortaya çıkarılmasıyla desteklenmektedir.
Kaynak:phys.org/news/2024-09-cold-atom-simulator-quantum-entanglement.html
Haberi Derleyen: Hasan Ongan
