ناوبری بدون GPS با کمک یک پرتوی لیزر!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،دانشمندان موفق به ارائه روشی ساده، اما مؤثر برای حفظ هم‌ترازی اسپین (چرخش) اتم‌ها شدند؛ دستاوردی که می‌تواند مسیر توسعه فناوری‌های کوانتومی را متحول کند. این روش تنها با استفاده از یک پرتوی لیزر، اطلاعات اسپینی اتم‌ها را در محیط‌هایی با دمای معمولی حفظ می‌کند و مانع از تضعیف آنها در اثر برخورد‌های درون‌اتمی و دیواره‌های ظرف می‌شود.

به گزارش science tech daily در دستگاه‌های کوانتومی مانند حسگر‌ها و حافظه‌های کوانتومی، یکی از چالش‌های اساسی از بین رفتن هم‌راستایی مغناطیسی اتم‌ها بر اثر برخورد‌های تصادفی است؛ پدیده‌ای که به «رخایش اسپین» شناخته می‌شود. این رخداد باعث از بین رفتن اطلاعات کوانتومی و کاهش دقت ابزار‌ها می‌شود. روش‌های قبلی برای مقابله با این مشکل، نیازمند میدان‌های مغناطیسی بسیار ضعیف و تجهیزات پرهزینه برای ایزوله‌سازی مغناطیسی بودند.

اما در پژوهش جدیدی که توسط تیمی از دانشگاه عبری اورشلیم و دانشگاه کرنل آمریکا انجام شده، دانشمندان نشان داده‌اند که تنها با یک پرتوی لیزر تنظیم‌شده و دقیق، می‌توان انرژی حالت‌های اتمی را به گونه‌ای تنظیم کرد که چرخش اتم‌ها در حالت هم‌راستا باقی بماند.

این تکنیک در آزمایش‌هایی روی بخار گرم سزیم، توانست مدت‌زمان پایداری اسپین‌ها را تا ۹ برابر افزایش دهد و حساسیت مغناطیسی سیستم را به طور چشم‌گیری بهبود بخشد. این دستاورد، بدون نیاز به دمای بسیار پایین یا میدان مغناطیسی خاص، راه را برای توسعه ابزار‌های دقیق‌تر و کوچک‌تر هموار می‌کند.

نور لیزر، سدی در برابر اختلالات محیطی

در این روش لیزر با فرکانسی دقیق تنظیم شده تا چرخش داخلی اتم‌ها را با میدان مغناطیسی اطراف هماهنگ کند؛ حتی در شرایطی که اتم‌ها دائماً با یکدیگر یا با دیواره‌های پوشیده‌شده با مواد ضدرخایشی برخورد دارند.

برای درک بهتر می‌توان این وضعیت را به صد‌ها فرفره‌ی کوچک در یک جعبه تشبیه کرد که چرخش‌شان با برخورد‌های مکرر به هم می‌خورد و نظم کلی سیستم به هم می‌ریزد. در میدان‌های مغناطیسی قوی، این اختلالات شدیدتر نیز می‌شود. اما با تاباندن نور لیزر، حرکات آنها به گونه‌ای تنظیم می‌شود که همچنان همگام با یکدیگر بچرخند و نظم حفظ شود.

کاربرد‌های دنیای واقعی: از پزشکی تا فضا

این پیشرفت می‌تواند عملکرد بسیاری از ابزار‌های حساس مبتنی بر اسپین اتمی را بهبود بخشد، از جمله:

• حسگر‌ها و مغناطیس‌سنج‌های کوانتومی برای تصویربرداری پزشکی، کاوش‌های باستان‌شناسی و اکتشافات فضایی

• سیستم‌های ناوبری دقیق که وابسته به GPS نیستند

• بستر‌های پردازش اطلاعات کوانتومی که نیازمند پایداری بالا در اسپین هستند

برخلاف روش‌های مرسوم این رویکرد در محیط‌های گرم نیز کاربرد دارد و نیازی به سرمایش شدید یا تجهیزات پیچیده ندارد، و همین امر آن را برای کاربرد‌های عملی بسیار مناسب‌تر می‌سازد.

فصل تازه‌ای در فیزیک اتمی

به گفته پژوهشگران این روش ساده، اما پیشرفته، نقطه عطفی در مقابله با نویز‌های محیطی در سیستم‌های کوانتومی محسوب می‌شود. آنها اظهار داشتند: ما با استفاده از حرکت طبیعی اتم‌ها و بهره‌گیری از نور لیزر به‌عنوان یک عامل پایدارکننده، توانستیم هم‌راستایی اسپینی را در شرایطی وسیع‌تر و متنوع‌تر از گذشته حفظ کنیم.

این دستاورد که در نشریه معتبر Physical Review Letters منتشر شده است، بر پایه دهه‌ها پژوهش در حوزه فیزیک اتمی بنا شده، اما راه‌حلی که اکنون ارائه شده—هماهنگی میان اتم‌ها به کمک نور—گامی بلند در جهت توسعه نسل بعدی فناوری‌های کوانتومی پایدار، دقیق و در دسترس‌تر خواهد بود.