Ir más allá de los limites de Heisenberg

Observaciones de nubes atómicas van más allá de límites de Heisenberg Por Brian Wang, para Next Big Future | 13 de julio de 2017 | Resumen La mecánica cuántica dicta que una medición continua de la posición de un objeto impone una perturbación cuántica al azar (QBA) en su momento. Esta aleatoriedad se traduce con el tiempo en la incertidumbre de la posición, llevando así a la conocida incertidumbre sobre la medición del movimiento. Como consecuencia de esta aleatoriedad, y de acuerdo con el principio de incertidumbre de Heisenberg, el QBA pone una limitación -el llamado límite cuántico estándar- en la precisión de la detección de posición, velocidad y aceleración. Aquí se muestra que QBA5 en un oscilador mecánico macroscópico puede ser eludido si la medición del movimiento se lleva a cabo en el marco de referencia de un oscilador de giro atómico. La medición cuántica colectiva en este sistema híbrido de dos osciladores lejanos y dispares se realiza con luz. El oscilador mecánico es un modo "tambor" vibratorio de una membrana dieléctrica de tamaño milimétrico8, y el oscilador de giro es un conjunto atómico en un campo magnético9, 10. El giro orientado a lo largo del campo corresponde a una población de giro invertida energéticamente y realiza un efecto negativo -efectivo-masa, mientras que la orientación opuesta corresponde a un oscilador con masa efectiva positiva. El QBA se suprime con -1,8 decibeles en el ajuste de masa negativa y se incrementa en 2,4 decibeles en el caso de masa positiva. Este sistema cuántico híbrido abre el camino a la generación de enmarañamiento ya la comunicación cuántica distante entre sistemas mecánicos y de espín ya la detección de fuerza, movimiento y gravedad más allá del límite cuántico estándar. Texto principal Los investigadores utilizaron luz láser para conectar átomos de cesio y una membrana vibrante. La investigación, la primera de su tipo, apunta a sensores capaces de medir el movimiento con una precisión desconocida más allá de los límites de Heisenberg. Una serie de experimentos - demuestran que el principio de incertidumbre de Heisenberg hasta cierto punto puede ser neutralizado. Esto nunca se ha demostrado antes, y los resultados pueden impulsar el desarrollo de nuevos equipos de medición, nuevos y mejores sensores. El profesor Eugene Polzik, responsable de Quantum Optics (QUANTOP) en el Instituto Niels Bohr, ha estado a cargo de la investigación, que ha incluido la construcción de una membrana vibrante y una nube atómica avanzada encerrada en una jaula de cristal. Objeto ligero de patadas El Principio de Incertidumbre de Heisenberg básicamente dice que no se puede saber simultáneamente la posición exacta y la velocidad exacta de un objeto. Si la luz láser utilizada para medir el movimiento de una membrana vibratoria (izquierda) se transmite primero a través de una nube de átomos (centro), la sensibilidad de medición puede ser mejor que los límites cuánticos estándar imaginados por Bohr y Heisenberg. Crédito de la imagen: Bastian Leonhardt Strube y Mads Vadsholt Lo cual tiene que ver con el hecho de que las observaciones realizadas a través de un microscopio que opera con luz láser inevitablemente llevarán al objeto a ser "pateado". Esto sucede porque la luz es una corriente de fotones que cuando se refleja en el objeto le dan "patadas" al azar - y como resultado de esas patadas el objeto comienza a moverse de manera aleatoria. Este fenómeno se conoce como acción de la parte posterior del Quantum (QBA) - y estos movimientos al azar ponen un límite a la exactitud con que las medidas pueden ser llevadas a cabo en el nivel del quantum. Para llevar a cabo los experimentos en NBI profesor Polzik y su equipo de "jóvenes, entusiastas y muy expertos NBI-investigadores" utilizó una "a medida" membrana como el objeto observado a nivel cuántico. La membrana fue construida por Ph.D. Los estudiantes Christoffer Møller y Yegishe Tsaturyan, mientras que Rodrigo Thomas y Georgios Vasikalis - Ph.D. Estudiante e investigador, respectivamente - estuvieron a cargo de los aspectos atómicos. Además, Polzik confió en otros empleados de NBI, el profesor asistente Mikhail Balabas, quien construyó la jaula de cristal para los átomos, el investigador Emil Zeuthen y el profesor Albert Schliesser quienes - colaborando con colegas alemanes - se encargaron del gran número de cálculos matemáticos necesarios antes El proyecto estaba listo para su publicación en Nature. Nature - Medida del movimiento de la acción trasera quántica en un marco de referencia de masa negativa En las últimas décadas los científicos han tratado de encontrar formas de "engañar" el principio de incertidumbre de Heisenberg. Eugene Polzik y sus colegas crearon la idea de implementar la nube atómica avanzada hace unos años, y la nube consiste en 100 millones de átomos de cesio encerrados en una jaula herméticamente cerrada, una celda de vidrio, explica el profesor: "La célula tiene sólo 1 centímetro de largo, 1/3 de milímetro de altura y 1/3 de milímetro de ancho, y para hacer que los átomos funcionen como se pretende, las paredes de las células internas han sido cubiertas con parafina. La membrana - cuyos movimientos seguimos a nivel cuántico - mide 0,5 milímetros, que en realidad es un tamaño considerable en una perspectiva cuántica ". La idea detrás de la célula de vidrio es enviar deliberadamente la luz láser utilizada para estudiar los movimientos de la membrana a nivel cuántico a través de la nube atómica encapsulada ANTES (cursiva) la luz llega a la membrana, explica Eugene Polzik: -fotones 'pateando' el objeto - es decir, la membrana - así como la nube atómica, y estos 'retrocesos' por así decirlo cancelan. Esto significa que ya no hay ninguna acción de la espalda cuántica - y por lo tanto no hay limitaciones en cuanto a la precisión con la que las mediciones pueden llevarse a cabo a nivel cuántico ". La parte optomecánica del experimento híbrido. El criostato visto en el centro alberga la membrana vibrante cuyo movimiento cuántico se mide. De archivo: Ola J. Joensen ¿Cómo se puede utilizar esto? GPS más preciso y mejor detección de ondas gravitatorias y otras "Por ejemplo, cuando se desarrollan tipos de sensores nuevos y mucho más avanzados para varios análisis de movimientos que los tipos que conocemos hoy en día a partir de teléfonos celulares, GPS y estudios geológicos", dice el profesor Eugene Polzik: "En términos generales, Mucha atención en estos días. Un ejemplo es el buque insignia de Quantum Technologies, un extenso programa de la UE que también apoya este tipo de investigación ". El hecho de que sea realmente posible 'engañar' el Principio de Incertidumbre de Heisenberg también puede resultar significativo en relación con una mejor comprensión de las ondas gravitacionales - las ondas en el Espacio moviéndose a la velocidad de la luz. With a little help from Google Translate for Business