Quanten-Rekord! 3.000 Atome in Bizarre Staat verstrickt

Verwenden ein einzelnes Teilchen des Lichts, haben Wissenschaftler das erste Mal Tausenden von Atomen in einem bizarren Zustand bekannt als Quantenverschränkung, miteinander verbunden wo das Verhalten der Atome verbunden bleiben würde, auch wenn sie an den entgegengesetzten Enden des Universums waren.

Diese Feststellung, die größte Anzahl von Teilchen, die sich gegenseitig immer in einem Experiment verstrickt worden, genauere Atomuhren, potenziell Beitrag zur Verbesserung der GPS, führen könnte, sagen Forscher.

Das Verhalten aller bekannten Teilchen kann mit Hilfe der Quantenphysik erklärt werden. Ein wesentliches Merkmal der Quantenphysik ist, dass die Welt ein fuzzy, surreale Ort auf der kleinsten Ebene wird. Zum Beispiel gibt es Atome und anderen grundlegenden Bausteine des Universums tatsächlich in Staaten des Flusses bekannt als "Überlagerungen", was bedeutet, dass sie scheinbar in zwei oder mehr Orte auf einmal gefunden werden können. [5 der genauesten Uhren aller Zeiten]

Eine Konsequenz der Quantenphysik ist Quantenverschränkung, wobei mehrere Partikel im wesentlichen einander gleichzeitig unabhängig von der Entfernung beeinflussen können. Einstein wies diese scheinbar unmögliche Verbindung als "gespenstische Fernwirkung", aber zahlreiche Experimente haben bewiesen, Quantenverschränkung ist real, und es kann dienen als Grundlage für künftige Spitzentechnologien, wie unglaublich leistungsfähige Quantencomputer und nahezu unhackable Quanten-Verschlüsselung.

Eine wichtige Anwendung der Quanten-Verschränkung ist außergewöhnlich präzise Atomuhren, die entscheidend für GPS aktivieren. "Heutige Atomuhren haben eine fast unvorstellbare Genauigkeit erreicht – das beste wäre weniger als eine Minute ausschalten wenn sie seit dem Urknall lief" Live Science sagte Studie Co-Autor Vladan Vuletić, Quantenphysiker am MIT.

Heutigen besten Atomuhren basieren auf Schwingungen innerhalb einer Wolke aus eingeschlossenen Atome, die sie im Wesentlichen wie Pendel, halten einen gleichmäßigen Takt handeln zu machen. Ein Laserstrahl ausgelöst durch eine solche Wolke kann die Schwingungen der Atome erkennen und nutzen sie, um die Zeit zeigen. Die Genauigkeit der Atomuhren verbessert, da mehr und mehr Atome innerhalb einer Wolke oszillieren. Da ihr Verhalten Wucherwurzeln Atome verknüpft werden, mehr Atome Forscher zu verwickeln, je mehr sie vielleicht schwingen zusammen, ihre Verwendung in der Zeitmessung zu verbessern.

Bisher hatten Wissenschaftler 100 Atome zusammen höchstens verstrickt. Darüber hinaus vertreten diese Atome nur einen kleinen Bruchteil der größere Büschel von Atomen im Experiment.

Jetzt haben Vuletić und seine Kollegen erfolgreich zusammen fast 3.000 Atome, fast alle des Clusters 3.100 Atome verstrickt waren sie ein Teil. Darüber hinaus haben sie also mit nur einzelne Photonen, die Teilchen des Lichts sind.

"Die Tatsache, dass Sie so viele Teilchen mit nur ein einzelnes Photon beeinflussen können ist die überraschendste Erkenntnis", sagte Vuletić.

Die Forscher zunächst gekühlt eine Wolke aus Rubidiumatomen, nur ein paar zehn Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt, die kälteste Temperatur. Sie als nächstes die Atome zwischen zwei leicht transparente Spiegel gefangen und feuerte schwache Laserimpulse durch eines der Spiegel. Die Hülsenfrüchte enthalten so wenig wie ein einzelnes Photon und sprang hin und her zwischen den spiegeln, die Wolke etwa 5.000 Mal durchlaufen. [Funktionsweise Quantenverschränkung (Infografik)]

Ein Photon kann als eine Welle im Raum oszillierende betrachtet werden. Wenn ein Photon in einem der Laserpulse durch die Wolke übergeben, ohne Interaktion mit eines seiner Atome, die Polarisation des Photons – die Ausrichtung der Wellen – würde gleich bleiben.

Wenn ein Photon in einen Impuls mit der Cloud Atomen interagiert, würde die Polarisation des Photons leicht drehen. Seltsam, im Bereich der Quantenphysik, der Akt der Messung kann dramatisch beeinflussen das Objekt immer gemessen, und der Akt der Erkennung eines Photons, das mit dieser Atome interagiert kann im wesentlichen Verschränkung zwischen den Atomen generieren.

Der Schlüssel zum Erfolg der Forschung Mannschaft war extrem schwach Lichtimpulse verwenden. "Früher Experimente weit mehr Photonen, zig Tausende oder Millionen von Photonen, die eine Menge Lärm zu den Experimenten fügte hinzu:" Vuletić sagte. "Wir verwendeten nur einzelne Photonen, die den atomaren Ensembles viel weniger beunruhigt."

Die Forscher vermuten, es sollte einfach sein, zusammen verstricken noch mehr Atome. "Wir gehen könnte Wucherwurzeln 1 Million Atome relativ unkompliziert", sagte Vuletić.

Die Wissenschaftler nutzen derzeit diese Single-Photon-Erkennung-Technik, eine State-of-the-Art-Atomuhr bauen "das könnte verbessern Zeitmessung um einen Faktor von zwei" Vuletić sagte. Darüber hinaus wollen die Forscher auch komplexere verschränkte Zustände zu erreichen – die Arten, die in Anwendungen wie Quanten-computing benötigt.

Vuletić und seine Colleaguesdetailed ihre Ergebnisse im März 26 Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.

Folgen Sie Live Science @livescience , Facebook & Google + .