Something From Nothing: Peneliti Objek Keren Dengan Mendeteksi Tidak adanya Cahaya

Eksperimen menggabungkan cahaya dan suara mengungkapkan efek mengejutkan ketika 'tidak ada' diukur getaran objek didinginkan.

Para peneliti di Departemen Fisika Imperial bersinar ke dalam manik -manik kaca – hanya empat kali lebih lebar dari rambut manusia – yang menjebak gelombang suara ringan dan frekuensi tinggi dengan terus memantulkannya di sekitar kelilingnya.

Dalam penelitian yang baru diterbitkan, mereka menggambarkan bagaimana ketika tidak adanya cahaya yang tersebar terdeteksi, suhu objek berkurang.

Kyle Mayor dari laboratorium pengukuran kuantum di Departemen Fisika Imperial, yang merupakan penulis pertama dari makalah penelitian, mengatakan: “Menggunakan deteksi nol-foton untuk membantu mendinginkan sistem kuantum ke dalam keadaan dasar mereka akan membantu pengembangan komputer kuantum dan jaringan kuantum, serta menguji undang-undang fisika yang fisika.”

Bersamaan dengan demonstrasi eksperimental mereka, para peneliti dari Imperial College London, Universitas Oxford, Universitas Waterloo, Universitas Leeds dan Universitas Kopenhagen mengembangkan model matematika untuk menggambarkan efeknya, dan hasilnya diterbitkan hari ini sebagai sepasang kontribusi dalam jurnal tersebut Surat Ulasan Fisik Dan Tinjauan Fisik A.

Profesor Michael R. Vanner, Investigator Utama Laboratorium Pengukuran Quantum mempresentasikan hasil ini pada simposium Nobel di Swedia, dan penelitian ini ditampilkan di sampul majalah populer Ilmuwan Baru.

“Hasil ini merupakan tonggak penting bagi tim kami dan memberikan teknik baru yang kuat untuk mengendalikan sistem kuantum,” kata Profesor Vanner.

“Sangat menyenangkan untuk menyajikan hasil ini di Simposium Nobel di Swedia, dan baru-baru ini di Photonics West di San Francisco! Kami sangat senang melihat bagaimana deteksi nol-foton akan membantu pekerjaan lab kami dan komunitas ilmiah yang lebih luas!”

Efek Galeri Whispering

Cahaya (ditampilkan dalam warna merah) disuntikkan ke dalam mikrosfer optik melalui serat optik yang meruncing di mana kemudian bersirkulasi ribuan kali. Melalui interaksinya dengan gelombang suara di bola kaca, cahaya mendinginkan gelombang suara, yang ditingkatkan melalui mendeteksi tidak ada cahaya yang tersebar oleh interaksi.

Dinamai setelah galeri bisikan di Katedral St Paul di mana efek ini pertama kali dijelaskan, resonator mode-galeri-galeri ini “membatasi cahaya dan suara cukup lama bagi mereka untuk berinteraksi satu sama lain, mengkorelasikan dua gelombang. Pengukuran cahaya berikutnya meninggalkan manik kaca kemudian memberikan informasi tentang gelombang suara.

Menggunakan detektor foton tunggal, para peneliti dapat menentukan apakah satu atau tidak ada foton-individu kuanta cahaya-HAD telah tersebar oleh gelombang suara pada setiap momen dalam waktu. Kemudian, dengan mempertimbangkan hanya waktu di mana tidak ada foton yang terdeteksi, tim mengamati dengan pengukuran independen bahwa gelombang suara yang mengelilingi manik -manik lebih tenang dari biasanya; Ketika satu foton terdeteksi sebagai gantinya, mereka lebih keras.

“Hasil ini jelas mengejutkan pada awalnya,” kata penulis pertama Evan Cryer-Jenkins dari laboratorium pengukuran kuantum di Imperial College London. “Namun, masuk akal, karena cahaya dan suara berkorelasi dalam percobaan kami sehingga informasi yang diperoleh dari pengukuran memungkinkan keadaan gelombang suara menjadi lebih dingin.”

Hasil berlawanan dengan intuisi

Ketika cahaya tidak diukur, diwakili oleh simbol mata tertutup (baris atas), gelombang suara mengalami pendinginan laser. Anehnya, ketika satu foton terdeteksi, gelombang suara memanas (tengah), dan ketika tidak ada foton yang terdeteksi, gelombang suara lebih dingin daripada yang dapat dicapai dengan pendingin laser saja (baris bawah).

Penulis pertama Jack Clarke, juga dari laboratorium pengukuran kuantum, mengatakan: “Meskipun tampaknya berlawanan dengan intuisi pada awalnya, memperbarui pengetahuan kita tentang dunia setelah memperhatikan sesuatu bukan ada sesuatu yang kita lakukan setiap hari. Apakah itu memeriksa hujan atau menyadari bahwa Anda salah menempatkan kunci Anda, memperhatikan ketidakhadiran seringkali sama seperti kehadiran.

Memanfaatkan cahaya laser untuk membuat objek adalah teknik yang kuat yang berlaku untuk banyak sistem termasuk atom dan ion yang terperangkap. Di sini, tim membangun teknik -teknik ini dan menunjukkan cara melampaui batas pendinginan laser konvensional dengan memanfaatkan pengukuran. “Pengukuran kuantum adalah subjek yang menarik dan saya yakin ada penemuan lebih lanjut yang harus dilakukan di depan,” kata penulis pertama Arjun Gupta dari laboratorium pengukuran kuantum.

Kyle Major mengatakan: “Senang melihat pra -cetak arxiv dari penelitian kami diambil oleh Ilmuwan Baru dan menjadikannya sebagai subtitle di sampul majalah cetak. “

Pelajari lebih lanjut tentang Quantum di Imperial dalam edisi 57 dari Imperial Magazine

Pusat Kekaisaran untuk Teknik, Sains dan Teknologi Kuantum

Pelajari lebih lanjut tentang mempelajari fisika MSC dan dinamika kuantum