روش جدیدی برای سرد کردن گازهای کوانتومی

محققان آمریکایی موفق شدند با استفاده از روش الگوریتم‌های کوانتومی دمای کار را در
فرآیند مطالعات کوانتومی کاهش دهند. با این کار فرصت‌های جدیدی را برای علم مواد و
دیگر حوزه‌ها نظیر محاسبات کوانتومی ایجاد می‌شود.

فیزیک‌دانان دانشگاه هاروارد روش جدیدی برای تولید نانومواد در دمای پایین ارائه
کردند که در آن با استفاده از الگوریتم‌های کوانتومی می‌توان انرژی مازاد را حذف
کرد. نتایج این تحقیق در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Orbital excitation blockade and
algorithmic cooling in quantum gases در نشریه Nature به چاپ رسیده است. در این
روش جدید برای اولین بار از سرد کردن الگوریتمی برای گازهای اتمی بسیار سرد استفاده
شده است. این روش می‌تواند فرصت‌های جدیدی را برای علم مواد و دیگر حوزه‌ها نظیر
محاسبات کوانتومی ارائه کند.

مارکوس گرینر از نویسندگان این مقاله می‌گوید اتم‌های بسیار سرد، اجسام بسیار سردی
هستند که در دنیای شناخته شده ما وجود دارند. دمای آنها تنها یک میلیاردیوم درجه
بالاتر از صفر مطلق است. اگر ما بخواهیم از ویژگی‌های آنها استفاده کرده تا اطلاعات
بیشتری درباره مکانیک کوانتوم به‌دست آوریم باید آنها را در دمای پایین‌تری تولید
کنیم.

مارکوس گرینر و همکارانش روی فیزیک بدنه اصلی کوانتومی تحقیق می‌کنند، رفتارهای
پیچیده و عجیب که نتیجه برهمکنش ذرات کوانتومی است. چنین رفتارهایی است که موجب
ابررسانایی در دمای بالا و مغناطیس کوانتومی می‌شود. بسیاری از فیزیکدان‌ها
امیدوارند که از این خواص در کامپیوترهای کوانتومی استفاده کنند.

واسم باکر از دیگر نویسندگان این مقاله می‌گویند ما تولید مواد را با استفاده از
اتم‌های بسیار سرد که در شبکه لیزر گیر افتاده است، شبیه سازی کردیم. این راهبرد ما
را قادر می‌سازد تا تک ذرات را دستکاری کرده و از آنها تصویر بگیریم. چنین چیزی پیش
از این برای مواد واقعی امکان نداشته است.

واسم باکر می‌گوید یکی از اولین چیز‌هایی که درباره دنیای کوانتومی به ذهن می‌رسد
کوچک بودن آن است اما حقیقت این است که بسیاری از خواص عجیب در مکانیک کوانتوم،
نظیر گیرافتادن، به‌طور مستقیم وابسته به دمای پایین است. با گرم شدن یک ذره حرکت
آن بیشتر می‌گردد که موجب اختلال در دنیای کوانتومی می‌شود همانند دوربین عکاسی که
با لرزش دست، تصویر تاری ارائه می‌کند.

با کاهش دما توسط روش‌هایی نظیر سردکردن لیزری یا سرد کردن تبخیری می‌توان به
محدودیت‌های موجب در دمای نانوکلوین رسید. این تیم تحقیقاتی نشان داد که می‌تواند
نوسانات نشات گرفته از دما را حذف کرد. همانند قرار دادن تخم مرغ‌ها در شانه‌های
مربوطه، محققان با استفاده از فرآیند انسداد برانگیختگی اوربیتالی اتم‌های مازاد را
از بلور زدوده تا در نهایت به‌طور دقیق یک اتم در هر سایت داشته باشیم.