Egyetlen apró üveggömb lézerfényben lebegve hozott átütő fordulatot a kvantumfizika világában. A szakembereknek most először sikerült szobahőmérsékleten, extrém hűtési berendezések használata nélkül tartós kvantum-összefonódást létrehozniuk egy lebegtetett mikroszkopikus tárgy mozgása és a róla tovatjedő fény között.
Két eltérő lézer megosztott szerepköre
A kvantumos jelenségek megfigyelése makroszkopikus rendszerekben eddig szinte kizárólag az abszolút nulla fok közelébe hűtött környezetben volt lehetséges. A fizikusok a szobahőmérsékleten fellépő erős hőmérsékleti zajt egy kettős lézeres elrendezéssel küszöbölték ki, amellyel leválasztották egymásról a hűtési és a kvantumos csatolási folyamatot.
A kísérlet során egy nagyjából 100 nanométer átmérőjű, több tízmillió atomból álló üveggömböt lebegtettek optikai csipesszel egy tükrök által alkotott üregben, magas vákuumban. A folyamathoz két különböző lézerfrekvenciát alkalmaztak:
- Vörös eltolású lézer: A nanoesfera tömegközépponti mozgását csillapította és hűtötte le a kvantumos alapállapot közelébe.
- Kék eltolású lézer: A stabilizált mozgást kölcsönhatásba léptette a fénnyel, létrehozva a kvantum-összefonódást.
A mért kvantumos korrelációk jelentősége
A kvantum-összefonódás során az üveggömb helyzete és lendülete olyan szorosan kapcsolódott össze a kilépő fény hullámjellemzőivel, hogy a két rendszer állapota nem írható le egymástól függetlenül. A Science folyóiratban közzétett mérések során a szeparabilitási paraméter értéke 0,918 lett, amely egyértelműen bizonyítja a kvantumos kapcsolat jelenlétét, hiszen a klasszikus fizikai összefüggések esetén ez az érték nem csökkenhet 1 alá.
Különösen értékes tulajdonsága a kísérleti elrendezésnek, hogy a kvantumos korrelációk nem szorulnak a tükrök által határolt üreg belsejébe. A kapcsolat megmarad abban a fényben is, amely elhagyja a rendszert és továbbterjed a térben.
Gyakorlati alkalmazások a kvantumhálózatokban
A fénnyel összekapcsolt lebegő tárgyak rendkívül érzékeny érzékelőként működhetnek a jövőben. Mivel a fénysugár képes információt hordozni és továbbítani, a technológia hídként szolgálhat a mechanikai kvantumeszközök és a kvantuminformatikai hálózatok között.
A szobahőmérsékletű működés felszabadítja a kvantumeszközöket a terjedelmes és költséges hűtőrendszerek kötöttségei alól. Ez a gyakorlati megközelítés közvetlenül segítheti a kvantummemóriák és a nagy távolságú kvantumkommunikációs rendszerek fejlesztését.
Nyitókép: Science (2026). DOI: 10.1126/science.aeh1375
