خب بیا یه داستان جالب برات تعریف کنم! محقق‌ها تونستن یه راه واقعاً باحال پیدا کنن که باعث می‌شه اطلاعات کوانتومی توی اتم‌ها کمتر از قبل گم و گور شه. این مشکل همیشه جلوی پیشرفت دستگاه‌های کوانتومی رو می‌گرفت و خیلیا رو کلافه کرده بود.
حالا جالب‌تر اینجاست که این بار مثل همیشه سراغ خنک کردنِ عجیب‌غریب با دمای خیلی پایین یا مغناطیس‌های قوی نرفتن! نه، قضیه خیلی شیک‌تره: فقط با یه پرتو لیزر (یعنی همون نوری که کاملاً دقیق و کنترل‌شده به یه جهت فرستاده می‌شه)، تونستن “چرخش اسپین” اتم‌ها رو توی یه گاز از اتم‌های سزیم (Cesium) تقریباً ۱۰ برابر پایدارتر کنن.
خب شاید بپرسی اسپین چیه؟ اسپین (Spin) یعنی همون خاصیت مغناطیسی کوچیکی که ذره‌ها دارن، یه جور حس جهت‌دار بودنشون؛ مثلاً یه جور قطب‌نما، که رو مغناطیس حساسه و همیشه می‌خواد جهت خاصی رو نشون بده. توی سیستم‌های کوانتومی، اگر این اسپین‌ها اعصابشون خرد شه (مثلاً با برخورد با هم یا با چیزای دیگه)، دیگه اطلاعاتی که رو اون اتم ذخیره کردی یا می‌خوای باهاش کار کنی، از بین می‌ره. به این از بین رفتن می‌گن “ریلکسشن اسپین” یا همون از دست رفتن آرایش مغناطیسی.
چیزی که معمولاً توی آزمایشگاه‌ها واسه جلوگیری از این مشکل انجام می‌دادن، استفاده از دمای کاملاً پایین، شیلدینگ (Shielding) خاص، یا میدان مغناطیسی خیلی ضعیف بود؛ یعنی کلی دستگاه گنده و شرایط سخت! اما این روش خلاقانه جدید همه‌ی این داستان‌ها رو دور زده. محقق‌ها اومدن با یه پرتو لیزری که دقیق تنظیم شده بود، انرژی اتم‌ها رو یه کوچولو جابه‌جا کردن و باعث شدن اسپین اتم‌ها حتی موقع برخورد با دیواره‌ها یا برهم‌کنش با بقیه، آروم و هماهنگ بمونه.
این حرکت باحال رو بهش می‌گن استفاده از «شیفت‌های نوری» (Light Shifts). شیفت نوری یعنی کاری کنیم انرژی یه اتم با نور تغییر کنه؛ مثل این که صدای یه ساز رو کوک کنی که هماهنگ با بقیه بشه! اینجا هم لیزر با ایجاد این تغییر، اسپین همه اتم‌ها رو یه مدل خاص می‌چرخونه تا نظم‌شون از دست نره، درست مثل بچه‌هایی که توی صف، با یه موزیک ملایم همه با هم راه می‌رن، حتی اگه یکی دوست داشته باشه شیطنت کنه.
حالا چرا این کار مهمه؟ چون خیلی از دستگاه‌های خفن امروزی (از مغناطیس‌سنج‌ها یا همون Magnetometerهایی که برای تصویربرداری مغز، باستان‌شناسی یا حتی اکتشافات فضایی استفاده می‌شن، تا حسگرهای کوانتومی و سیستم‌های ناوبری – Navigation systems – که بدون جی‌پی‌اس هم کار می‌کنن)، همگی وابسته به همین اسپین اتم‌ها هستن. هر چی پایداری‌شون بالا بره، دقت و کارایی‌شون بیشتر می‌شه.
یه نکته خیلی مهم اینه که این روش جدید نه فقط آسون و جمع‌و‌جوره، بلکه می‌تونه حتی تو دمای اتاق و میدان مغناطیسی بالا هم جواب بده! یعنی لازم نیست بری تو آزمایشگاه عجیب با اون همه تجهیزات سخت.
تیم پژوهشی که این حرکت رو انجام داده شامل آدمای کله‌گنده‌ای از دانشگاه عبری اورشلیم و دانشگاه کورنل بوده. اسامی مثل Avraham Berrebi، Mark Dikopoltsev، پروفسور اوری کتز (Ori Katz) و پروفسور اور کتز (Or Katz) توی این تیم بودن.
اون‌ها تونستن توی بخار گرم سزیم تقریباً ۹ برابر عمر حفظ شدنِ اسپین رو زیاد کنن؛ یعنی همین مدت که اتم‌ها می‌تونن اطلاعات کوانتومی رو نگه دارن. تازه، این اولین باره که نشون می‌ده فقط با یه دونه پرتو لیزر، می‌تونیم پایداری کوانتومی سیستم رو این‌قدر زیاد کنیم.
حالا این روش چه مزایای دیگه‌ای داره؟ چون خبری از آهنرباهای غول‌پیکر، سرمازایی شدید یا شیلدینگ پیچیده نیست، پیاده‌سازیش برای دستگاه‌های واقعی خیلی راحت‌تر می‌شه. این یعنی ساخت ابزارهای کوانتومی نسل جدید، هم ساده‌تر و هم ارزون‌تر و جمع‌و‌جورتر خواهد شد.
نتیجه همه‌ی اینا یه چیزه: آینده حسگرها، حافظه‌های کوانتومی و حتی سیستم‌های ناوبری با این ایده کلی دگرگون می‌شه. محقق‌ها خودشون هم گفتن که “این روش واقعاً یه فصل تازه برای محافظت از سیستم‌های کوانتومی باز می‌کنه”.
اگه دوست داری کل تحقیق رو بخونی، مقاله توی مجله Physical Review Letters منتشر شده (یه مجله مشهور علمی توی دنیای فیزیکیه).
پس اگه علاقه‌مندی به آینده تکنولوژی، یادت باشه شاید یه روز، همین لیزر ساده‌ای که این تیم کشفش کرده، هسته‌ی اصلی دستگاه‌های کوانتومی توی خونه‌ت شه!
منبع: +
