پیشرفت چشمگیر در فناوری کوانتومی؛ حفظ پایداری اسپین اتم‌ها با لیزر
دانشمندان با دستیابی به روشی نوین و کارآمد، گامی بلند در حفظ هم‌ترازی اسپین اتم‌ها برداشته‌اند که می‌تواند انقلابی در توسعه فناوری‌های کوانتومی ایجاد کند. این رویکرد پیشگامانه، تنها با بهره‌گیری از یک پرتو لیزر، اطلاعات اسپینی اتم‌ها را در دماهای معمولی پایدار نگه می‌دارد و از تضعیف آنها در اثر برخوردهای درون‌اتمی و با دیواره‌های ظرف جلوگیری می‌کند.
چالش «رخایش اسپین» در فناوری کوانتومی
در سیستم‌های کوانتومی نظیر حسگرها و حافظه‌های کوانتومی، یکی از موانع اصلی، از بین رفتن هم‌راستایی مغناطیسی اتم‌ها به دلیل برخوردهای تصادفی است که به پدیده «رخایش اسپین» معروف است. این پدیده منجر به از دست رفتن اطلاعات کوانتومی و کاهش دقت ابزارها می‌شود. روش‌های پیشین برای مقابله با این چالش، نیازمند میدان‌های مغناطیسی بسیار ضعیف و تجهیزات گران‌قیمت برای ایزوله‌سازی مغناطیسی بودند.
راهکار نوین: لیزر و پایداری اسپین
پژوهش جدیدی که توسط تیمی از دانشگاه عبری اورشلیم و دانشگاه کرنل آمریکا انجام شده، نشان می‌دهد که تنها با یک پرتو لیزر دقیق و تنظیم‌شده، 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.
حساسیت مغناطیسی سیستم به طور چشمگیری بهبود یافت.
این دستاورد، بدون نیاز به دمای بسیار پایین یا میدان مغناطیسی خاص، مسیر را برای توسعه ابزارهای دقیق‌تر و کوچک‌تر هموار می‌کند.
نقش لیزر: سدی در برابر اختلالات محیطی
در این روش، لیزر با فرکانسی دقیق تنظیم می‌شود تا چرخش داخلی اتم‌ها را با میدان مغناطیسی اطراف هماهنگ کند. این هماهنگی حتی در شرایطی که اتم‌ها دائماً با یکدیگر یا با دیواره‌های پوشیده‌شده با مواد ضدرخایشی برخورد دارند، حفظ می‌شود.
برای درک بهتر، می‌توان این وضعیت را به صدها فرفره 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 گسترده در دنیای واقعی
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: مستقل از GPS.
بسترهای پردازش اطلاعات کوانتومی: نیازمند پایداری بالای اسپین.
برخلاف روش‌های مرسوم، این رویکرد در محیط‌های گرم نیز کاربرد دارد و نیازی به سرمایش شدید یا تجهیزات پیچیده ندارد، که 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 به عنوان 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.
