Дослідники з ETH Zurich та Інституту фотонних наук у Барселоні досягли значного прогресу у квантовій фізиці, успішно продемонструвавши контрольовану квантову делокалізацію наночастинки кремнезему, підвішеної в оптичній пастці. Цей експеримент, опублікований у журналі Physical Review Letters, є ключовим кроком до дослідження меж квантової механіки та її потенційних технологічних застосувань.
Традиційно, довжина когерентності левітованої наночастинки обмежується нульовим рухом, що ускладнює спостереження квантової інтерференції у більших об'єктах. Дослідницька група подолала цю перешкоду за допомогою методу контрольованого розширення, використовуючи систему модульованих оптичних пінцетів. Цей підхід дозволив їм «пом'якшувати» та «затверджувати» світлову пастку з інтервалами в мікросекунди, що призвело до більш ніж триразового збільшення початкової довжини когерентності – приблизно з 21 пікометра до понад 70 пікометрів у найкращих випадках.
Довжина когерентності є фундаментальною для прояву квантової інтерференції частинкою; більша когерентність збільшує ймовірність прояву хвилеподібної поведінки системи. Хоча досягнуті показники все ще невеликі, вони демонструють, що контрольоване розширення можливе без втрати частинкою своєї квантової чистоти. Це досягнення відкриває нові шляхи для дослідження явищ, які раніше спостерігалися лише в атомних чи молекулярних системах, наближаючи квантову механіку до макроскопічного світу.
Дослідження, подібні до цього, є частиною ширших зусиль у галузі квантової оптики та наномеханіки, де вчені прагнуть розширити межі квантових явищ до більших об'єктів. Наприклад, проект QnanoMECA, що фінансується Європейською дослідницькою радою (ERC), успішно зменшив механічну енергію квантових наномеханічних осциляторів, наближаючи їх до квантового режиму окремих фононів.
Окрім фундаментальної значущості, ця техніка має потенційні застосування у розробці квантових датчиків сили. Висококогерентна наночастинка могла б виявляти незначні зміни в електричних або гравітаційних полях, з точністю, що перевищує поточні технології. Дослідження в галузі квантового зондування, яке використовує квантові ефекти для надчутливого виявлення, активно розвивається, і такі досягнення, як це, можуть призвести до створення нового покоління високоточних сенсорів для навігації та сейсмології.
Крім того, відкриваються нові шляхи для дослідження зв'язку між квантовою механікою та гравітацією. Теорії припускають, що дві делокалізовані квантові маси можуть генерувати гравітаційну заплутаність. Методи, описані в цьому дослідженні, є кроком до практичної реалізації цих ідей, що може призвести до нового розуміння об'єднання гравітації та квантової механіки, як це розглядається в публікаціях, подібних до тих, що з'являються в Annals of Physics.