Fizikçiler, atomların kuantum bilgi kaybını önleyen yeni bir yöntem geliştirdi.
Atomların manyetik yönelimlerini koruyarak bilgi kaybını önlemek, kuantum teknolojilerinde uzun süredir büyük bir sorun olarak görülüyordu. Şimdi ise bu soruna yeni bir çözüm getirildi. Araştırmacılar, atomların bilgi kaybetmesini engelleyen basit ama etkili bir yöntem keşfetti.
Kuantum teknolojilerinin geliştirilmesinde en büyük zorluklardan biri olan atomların iç spinlerinin (manyetik yönelimlerinin) korunması artık daha kolay hale gelebilir. Kudüs İbrani Üniversitesi ve ABD’nin Cornell Üniversitesinden bilim insanları, tek bir lazer ışını kullanarak atomların spinlerini senkronize etmeyi başardı. Böylece bilgi kaybı oranı büyük ölçüde azaldı.
Kuantum sensörler ve kuantum bellek sistemlerinde, atomların manyetik yönelimleri çarpışmalar veya bulundukları kabın duvarlarıyla temas sonucu bozuluyor. Bu olaya spin gevşemesi (spin relaxation) deniyor ve bu durum cihazların performansını ve kararlılığını ciddi şekilde sınırlandırıyor. Bugüne kadar bu sorunu çözmek için çok düşük manyetik alanlar ve büyük manyetik koruyucu sistemler kullanmak zorunluydu. Yeni yöntem ise bu kısıtlamaları tamamen ortadan kaldırıyor.
Araştırmacılar, atomların enerji seviyelerini ışıkla hafifçe kaydırarak spinlerini uyum içinde tutmayı sağlıyor. Böylece atomlar hareket edip çarpışsa bile spinleri senkronize kalıyor, yani birbirleriyle uyumlu dönmeye devam ediyorlar. Bu durum, spinlerin bozulmasını önleyerek daha kararlı bir kuantum durumu oluşturuyor. Laboratuvar ortamında sıcak sezyum gazı kullanılarak yapılan deneylerde, spin bozulma hızı yaklaşık 10 kat azaltıldı ve manyetik hassasiyet önemli ölçüde iyileştirildi.
Bu gelişme, kuantum sensörler, magnetometreler ve kuantum bellek cihazlarının daha küçük, daha hassas ve daha dayanıklı hale gelmesini mümkün kılıyor. Ayrıca yöntemin çalışma sıcaklığı “sıcak” yani çok düşük sıcaklık gerektirmemesi ve karmaşık ayarlamalara ihtiyaç duymaması, pratik uygulamalarda büyük avantaj sağlıyor.
Atomlardaki spin, manyetik alanlarla güçlü etkileşim kurduğu için, bu özellik ultra hassas manyetik alan ölçümlerinde, yerçekimi algılamada ve hatta beyin aktivitesinin izlenmesinde kullanılıyor. Ancak atom spinlerinin çok kırılgan olması, bu teknolojilerin gelişiminin önündeki en büyük engellerden biri. Yeni yöntem, atomların doğal hareketini avantaja çevirip ışık kullanarak spin uyumunu koruyor.
Uzmanlar, bu buluşun kuantum sistemlerini gürültüden korumada yeni bir dönemin başlangıcı olduğunu belirtiyor. Işıkla atom spinlerini stabilize ederek, daha geniş koşullarda koherens süresini (bilgiyi saklama süresi) uzatmak mümkün hale geliyor. Bu da kuantum teknolojilerinin daha dayanıklı, daha erişilebilir ve daha güvenilir cihazlar olarak hayatımıza girmesine olanak sağlayabilir.
Özetle, bu yenilikçi yöntem sayesinde, kuantum sensörler ve navigasyon sistemleri gibi alanlarda GPS’e bağımlı olmayan, hassas ve kompakt cihazların geliştirilmesi önümüzdeki dönemde hız kazanacak. Kuantum fiziğinde ışık-atom etkileşimlerinin çok yönlü potansiyelini gösteren bu çalışma, geleceğin teknolojilerinin kapısını aralıyor.
Kaynak: Physical Review Letters
