بحث جديد من فريق جامعة بازل: سحابة الذرات المتشابكة تساعد في القياسات الكمية

حقق باحثون من جامعة بازل ومختبر كاستلر بروسل إنجازًا مهمًا، حيث أثبتوا أن التشابك الكمي يمكن استخدامه لقياس معلمات فيزيائية متعددة في وقت واحد، ويمكنه أيضًا تحسين دقة القياس. يعد التشابك الكمي ظاهرة غامضة للغاية في الأنظمة الكمية، حيث يمكنه جعل نتائج قياس جسمين كميين في مواقع مختلفة تظهر ارتباطًا إحصائيًا خاصًا. وقد حصل التحقق التجريبي ذو الصلة على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022.

في هذا البحث، استخدم فريق البحث بقيادة البروفيسور فيليب ترويتلين والبروفيسورة أليس سيناترا الأجسام الكمية المنفصلة مكانيًا والمتشابكة لقياس معلمات فيزيائية متعددة في وقت واحد. قال ترويتلين إن القياسات الكمية تستخدم التأثيرات الكمية لتحسين دقة القياس، وقبل خمسة عشر عامًا، أجرى فريقه تجارب لجعل سبينات الذرات شديدة البرودة متشابكة معًا، مما سمح بقياس اتجاه سبين الذرة بدقة أكبر. الآن، قام الفريق بتوزيع الذرات على ما يصل إلى ثلاث سحب ذرية منفصلة مكانيًا، مما جعل تأثير التشابك يعمل عن بعد.

قال لي ييفان، باحث ما بعد الدكتوراه في مجموعة ترويتلين البحثية، إنه لم يستخدم أحد من قبل سحب الذرات المتشابكة المنفصلة مكانيًا لإجراء مثل هذه القياسات الكمية، ولم يكن الإطار النظري واضحًا أيضًا. درس الفريق مع زملائهم في LKB كيفية استخدام سحب الذرات المتشابكة لتقليل عدم اليقين في قياس التوزيع المكاني للمجال الكهرومغناطيسي. أولاً، جعلوا سبينات الذرات متشابكة في سحابة إلكترونية واحدة، ثم قسموها إلى ثلاثة أجزاء متشابكة، مما سمح بتحديد توزيع المجال بدقة أعلى بعد عدة قياسات فقط.

هذا المخطط القياسي له قيمة تطبيقية عملية. قال ليكس جورستن، طالب الدكتوراه في جامعة بازل، إنه يمكن تطبيقه مباشرة على أدوات دقيقة مثل ساعات الشبكة الضوئية، لتقليل أخطاء قياس معينة وتحسين دقة قياس الوقت. في مقاييس التداخل الذرية مثل مقاييس الجاذبية، يمكن استخدام طريقة التشابك لقياس التغيرات المكانية في الجاذبية بدقة أكبر.