Kühlen Sie Radiowellen in ihren Quantengrundzustand ab

Forscher der Technischen Universität Delft haben einen neuen Weg gefunden, Radiowellen auf ihren Quantengrundzustand herunterzukühlen. Dazu verwendeten sie eine Schaltung, die ein Analogon der sogenannten Laserkühltechnik verwendet, die häufig zum Kühlen atomarer Proben verwendet wird. Das Gerät verwendete eine kürzlich entwickelte Technik, die Forscher Photonendruckkopplung nennen, die nützlich sein sollte, um Signale mit extrem niedriger Magnetresonanz (MRT) zu erkennen oder für Quantenerkennungsanwendungen, die bei der Suche nach Materie helfen können. Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in Wissenschaftler machen Fortschritte.

Die Radiowellen, denen wir normalerweise in unserem täglichen Leben begegnen, wie die, die wir in unserem Auto hören oder die Signale an unsere Babyphones zu Hause senden, sind heiß: Sie enthalten Rauschen, das aus der zufälligen Bewegung des Atome in den Dingen, von denen sie ausgestrahlt werden, und sogar in der Antenne, mit der Sie sie hören. Dies ist einer der Gründe, warum Sie Rauschen hören, wenn Sie Ihr Autoradio auf eine Frequenz einstellen, die nicht Radiosender.

Kühlende Wellen

Eine Möglichkeit, dieses Rauschen zu reduzieren, besteht darin, die Funkwellen zu kühlen, beispielsweise indem die Antenne, die sie empfängt, auf eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt wird. Die Atome in der Antenne bewegen sich nicht so stark und das Rauschen wird reduziert. Dies geschieht tatsächlich in einem supraleitenden Quantencomputer, der auf 10 mK gekühlt wird, um zu verhindern, dass diese abgehackten Atome in den GHz-Signalen, mit denen sie arbeiten, Rauschen erzeugen.

„Allerdings spezifiziert Ines Rodrigues, Forscherin an der TU Delft, bestimmte Anwendungen wie NMR, schwarze Materie Detektion oder Radioastronomie beschäftigen sich mit ultraschwachen Signalen bei MHz-Frequenzen.“ Für diese Signale reicht eine Kühlung auf 10 mK nicht aus. Selbst bei diesen extrem niedrigen Temperaturen reicht die zufällige Bewegung von Atomen in einem Gerät oder einer Antenne aus Rauschen zu einem Funkwellensignal. Um Restrauschen zu eliminieren, ist es wichtig, das Radiowellen Noch weiter. Aber wie?

Photonenkopplung

In dieser Arbeit fanden die Delfter Forscher einen neuen Weg, dem Rauschen zitternder Atome entgegenzuwirken. Mit einer Schaltung, die ein Analogon der Laserkühltechnik verwendet, die häufig zum Kühlen von Atomwolken verwendet wird, kühlten die Autoren die Radiowellensignale in ihrem Gerät auf den Quantengrundzustand herunter. „Das dominante Rauschen, das in der Schaltung verbleibt, ist nur auf Quantenfluktuationen zurückzuführen, das Rauschen, das von den seltsamen Quantensprüngen kommt, die von . vorhergesagt wurden Quantenmechanik„So sagt Gary Steele, Gruppenleiter der TU Delft. Steeles Gruppe ist auf Quantendetektion mit supraleitenden Quantenschaltungen spezialisiert.

Das Gerät verwendete eine kürzlich entwickelte Technik, die die Autoren Photonendruckkopplung nennen. Es wird erwartet, dass diese Methode spannende Anwendungen bei der Detektion ultraschwacher Magnetresonanz(MRI)-Signale hat; es könnte für viele verwendet werden Quanteninformationen Verarbeitungsanwendungen im sich schnell entwickelnden Bereich des Quantencomputings. Darüber hinaus könnte es in sogenannten Quantendetektionsanwendungen eingesetzt werden und bei der Suche nach Dunkler Materie helfen, einer seltsamen Art von noch unentdeckten Teilchen, die offene Fragen in Gravitation und Kosmologie erklären könnten.