A kutatók kvantumrádiót építenek

Az új áramkör rádióhullámokat érzékel a kvantum szintre

Ez a chip egy kvantumáramkört hordoz, amely képes a rádiójeleket a kvantumszintre érzékelni © TU Delft
felolvasta

Jel a zajban: A fizikusok kifejlesztettek egy olyan áramkört, amely ultraérzékeny kvantarádióként működik. Az erős háttérzaj ellenére a rádióhullámokat egyetlen kvantumra képes feloldani. Ezzel a technológiával a jövőben a gyenge rádiójeleket a korábban lehetségesnél jobban lehet észlelni - ez egyebek mellett a csillagászat, valamint az orvosi képalkotó módszerek előnyeit is szolgálná, amint azt a kutatók a "Science" folyóiratban közlik.

Legtöbbünket bosszantotta, hogy egy rádióállomás jele túl gyenge, és csökken a zaj. Hasonló problémák vannak olyan kutatókkal, akik rádiótávcsövekkel űr-távcsövekkel szkennelnek, és olyan orvosokkal, akik értékelik a mágneses rezonancia tomográf képeit. Mivel a rádióhullámok fotonjai olyan kevés energiával rendelkeznek, különösen könnyen elvesznek a háttérzajban.

"Az egyes fotonok észlelése és manipulálása alacsonyabb frekvenciákon a hőingadozások miatt nehezebbé válik" - magyarázza Mario Gely, a Delfti Műszaki Egyetem és munkatársai. Mivel a forró környezet elegendő ahhoz, hogy túl sok zavaró fotont generáljon. Elméletileg ki lehet szűrni ezt az interferencia-hőt egy speciális, erősen lehűtött rendszerrel, mint hűtőbordával - a fizikusok ezt a Reservoir Engineering-nek hívják.

Hidegáramkör kvantumrádióként

Ezt a rendszert Gely és csapata először fejlesztette ki a rádióhullámokra. "Kvantumrádiójukhoz" kvantumáramkört használtak, amely normál körülmények között 173 gigaherc frekvenciahullámok rezonátoraként működik. Az áramkör középpontjában egy úgynevezett Josephson csomópont, egy vékony szigetelővel elválasztott két szupravezető rendszere.

A kutatók addig lehűlték ezt az áramkört, hogy a benne lévő részecskék 90% -a legalacsonyabb energiájú állapotba, az alapállapotba esett. Ilyen körülmények között úgynevezett Fock-állapotok jelentkeztek - kvantumfizikai feltételek, amelyek a Radiophotonen kvantumszerkezetét mérhetővé tették a megahertz rádióhullámoknak az áramkör ultratoldus kvitetjeivel való összekapcsolásával. kijelző

Hasznos a csillagászatban, a mérnöki munkában és az orvostudományban

Ezzel a fizikusok felépítettek egyfajta kvantumrádiót. "Építészetünk lehetővé teszi a rádiófrekvenciás rezonátorok kvantumszintű kiolvasását és manipulálását" - írja Gely és csapata. "Ez lehetővé tenné, hogy ez a rendszer kvantumfelbontással detektálja a rádiókibocsátást."

Végül is az új technológiát számos alkalmazásra lehet használni, a technológiától és a tudománytól kezdve az orvostudományig, amint a kutatók elmagyarázzák. Például a rádióhullámú kvantumvevők esetében a rádiócsillagászok segíthetik az űrből származó rendkívül gyenge jelek felvételét és azonosítását. Az orvostudományban a technológia hozzájárulhat a mágneses rezonancia tomográfia felbontásának javításához.

Betekintés a tér-idő kvantumállapotába

Egy napon az ilyen kvantum vevők segíthetnek megoldani a gravitáció nagy rejtvényét és annak kvantumfizikába való besorolását - egy olyan probléma, amely már Albert Einsteint megbukta. A mai napig nem ismert, hogy és milyen hordozó részecskék közvetítik-e a gravitációt, és hogy a tér-idő kvantálásra került-e vagy sem.

Kvantumrádiónkkal meg akarjuk próbálni hallgatni a nehéz tárgyak kvantumvibrációit "- magyarázza Gely. "Ez lehetővé tenné számunkra, hogy kísérletileg megvizsgáljuk, mi történik, ha kvantummechanikát és gravitációt kombinálunk. Ha ez megtörténik, megvizsgálhatjuk, hogy magát az űrtartalmat kvantum-átfedésbe tesszük - egy új koncepcióval, amely túlmutat a kvantummechanika jelenlegi megértésén és Az általános relativitáselmélet kialszik. "(Science, 2019; doi: 10.1126 / science.aaw3101)

Forrás: Delft Műszaki Egyetem

- Nadja Podbregar