Průlom v kvantové fyzice: Vědci dokáží přesně měřit signály v obřích souborech spinů a hledat temnou hmotu

Tým z Johns Hopkins University vyvinul metodu, jak pozorovat kvantové jevy v makroskopických systémech, což bylo dříve obtížné kvůli šumu. Nový přístup by mohl zásadně zlepšit detektory pro hledání ultralehké temné hmoty, takzvaných axionů.

Kvantové mechanické jevy jsou známé svou citlivostí na rušení z okolního prostředí, často označované jako šum. Fyzici proto obvykle studují tyto jevy v malých a pečlivě kontrolovaných systémech, kde lze vliv okolního šumu minimalizovat.

Vědci z Johns Hopkins University se však zaměřili na studium kvantových jevů v makroskopických souborech spinů – systémech složených z velkého počtu spinů (vnitřní úhlový moment elementárních částic). Jejich práce, publikovaná v časopise Nature Physics, představuje nový přístup k přímému pozorování kvantových fluktuací spinů v těchto velkých souborech a k přesnému monitorování jejich vývoje v čase.

„Kvantové jevy se obvykle pozorují a využívají v mikroskopických systémech, kde lze jednotlivé qubity přesně ovládat a měřit," uvedl Alexander O. Sushkov, hlavní autor studie. „Větší soubory qubitů však nabízejí významné výhody pro senzory a metrologické aplikace. Výzvou je, že s rostoucí velikostí kvantových systémů obvykle klasický šum přehluší kvantové efekty – existuje vnitřní napětí mezi citlivostí získanou z větších experimentů a schopností udržet kvantové chování." Tým dokázal zaznamenávat signály bez vnějšího buzení systému, což je klíčové pro detekci jemných kvantových fluktuací i v tak velkém systému.

Nedávná práce Sushkova a jeho kolegů se inspirovala jinými rozsáhlými kvantovými měřeními z posledních let, například měřeními prováděnými detektory gravitačních vln, které se spoléhají na velké množství fotonů. Cílem vědců bylo zavést nový přístup k přesnému měření kvantových fluktuací v makroskopických systémech, který by mohl také pomoci zlepšit detektory používané k hledání ultralehké temné hmoty, takzvaných axionů.