‍ 🔴اندازه‌گیری حالت‌های با طول عمر بالا در یون ایتربیوم

🔸 پژوهشگران دانشگاه‌های آمستردام و نیو ساوت ولز #استرالیا برای نخستین بار چندین حالت متاپایدار (Metastable State؛ حالت برانگیخته‌ای که برخلاف انتظار برای مدت نسبتاً طولانی واپاشی نمی‌کند) را در یون ایتربیوم (Yb⁺) به‌طور آزمایشگاهی اندازه‌گیری کرده‌اند. 

🔹این حالت‌ها که دهه‌ها پیش تنها به‌صورت نظری پیش‌بینی شده بودند، اکنون با اندازه‌گیری مستقیم تأیید شده‌اند و می‌توانند کاربردهای مهمی در رایانه‌های کوانتومی مبتنی بر #یون_به‌دام‌افتاده و همچنین #ساعت‌_اتمی نسل آینده داشته باشند.

❗پژوهشگران طول عمر سه حالت متاپایدار را اندازه‌گیری کردند که به‌ترتیب حدود ۱ ثانیه، ۱۰ ثانیه و بیش از ۳۰ ثانیه هستند؛ زمان‌هایی که در مقیاس گذارهای اتمی بسیار طولانی محسوب می‌شوند و امکان کنترل دقیق‌تر حالت‌های کوانتومی را فراهم می‌کنند.

🔸 در رایانه‌های کوانتومی یون به‌دام‌افتاده، یون‌ها با استفاده از میدان‌های الکترومغناطیسی در خلأ معلق نگه داشته می‌شوند و اطلاعات کوانتومی در حالت‌های انرژی آن‌ها ذخیره می‌شود. پژوهشگران با تاباندن پالس‌های لیزری، یک یون منفرد Yb⁺ را به ترازهای انرژی بالا برده و سپس بررسی کردند که با چه احتمالی و طی چه زمانی به حالت پایه بازمی‌گردد.

🔹اندازه‌گیری دقیق این زمان‌های واپاشی نه‌تنها وجود این حالت‌های ناشناخته را اثبات کرد، بلکه پیش‌بینی نظری حدود ۳۵ سال قبل درباره وجود یکی از این حالت‌های بسیار پایدار را نیز تأیید کرد؛ پیش‌بینی‌ای که تاکنون هیچ شواهد آزمایشگاهی مستقیمی برای آن وجود نداشت.

🔸یکی از مهم‌ترین نتایج این پژوهش، شناسایی حالتی است که تنها با یک پالس لیزری قابل دسترسی است. در بسیاری از سامانه‌های یون به‌دام‌افتاده، انتقال یون به حالت‌های کمکی برای خواندن وضعیت کیوبیت نیازمند چندین مرحله تحریک لیزری است. اما این حالت متاپایدار جدید می‌تواند این فرآیند را ساده‌تر کند و عملیات آشکارسازی حالت را سریع‌تر، دقیق‌تر و با احتمال خطای کمتر انجام دهد.

🔹این موضوع علاوه بر کیوبیت‌های معمولی، برای کیودیت‌ها (واحد اطلاعات کوانتومی با بیش از دو حالت ممکن) نیز اهمیت دارد، زیرا امکان استفاده از تعداد بیشتری حالت انرژی را برای ذخیره اطلاعات فراهم می‌کند.

🔸این کشف برای ساعت‌های اتمی نیز اهمیت زیادی دارد. عملکرد ساعت اتمی بر اندازه‌گیری بسیار دقیق فرکانس یک گذار اتمی استوار است و هرچه بتوان حالت‌های انرژی اتم را با دقت و پایداری بیشتری کنترل و آشکارسازی کرد، دقت و پایداری ساعت نیز افزایش می‌یابد.

❗وجود حالت‌های متاپایدار با طول عمر زیاد باعث می‌شود برهم‌کنش ناخواسته با محیط کاهش یافته و امکان انجام اندازه‌گیری‌های طولانی‌تر فراهم شود؛ در نتیجه پهنای خط طیفی کوچک‌تر شده و عدم قطعیت اندازه‌گیری کاهش می‌یابد که از عوامل کلیدی در ساخت ساعت‌های اتمی دقیق‌تر است.

🔹اگرچه این پژوهش مستقیماً یک رایانه کوانتومی یا ساعت اتمی جدید معرفی نمی‌کند، اما یک گام بنیادی در شناخت ساختار انرژی یون ایتربیوم محسوب می‌شود. یون Yb⁺ یکی از مهم‌ترین گزینه‌ها برای ساخت رایانه‌های کوانتومی یون به‌دام‌افتاده و ساعت‌های اتمی نوری است و هر اطلاعات جدید درباره ترازهای انرژی و زمان‌های واپاشی آن، مستقیماً در طراحی معماری‌های آینده این سامانه‌ها استفاده خواهد شد.

🔸پژوهشگران معتقدند که این نتایج می‌تواند به توسعه روش‌های ساده‌تر برای کنترل کیوبیت‌ها، افزایش بازده خوانش اطلاعات کوانتومی و طراحی ساعت‌های اتمی با دقت بالاتر منجر شود و در نهایت مسیر ساخت سامانه‌های کوانتومی مقیاس‌پذیرتر و پایدارتر را هموار کند.

📎لینک خبر
🟰🟰🟰🟰🟰🟰🟰🟰🟰🟰
🌐 Website
🔵 LinkedIn
🟢 @quantumatlas
#اخبار