นักวิจัยในสหรัฐฯ ระบุว่า การค้นหา axions ซึ่งเป็นสสารมืดประเภทสมมุติฐานอาจมีประสิทธิภาพมากขึ้น ขอบคุณเทคนิคใหม่ของการบีบด้วยแสง Kelly Backesและเพื่อนร่วมงานได้รวมเทคนิคนี้ไว้ในการทดลองแกน HAYStac ของมหาวิทยาลัยเยล ลดเวลาที่ใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูลลงครึ่งหนึ่ง ผลลัพธ์ของพวกเขาชี้ให้เห็นถึงศักยภาพที่มีแนวโน้มสำหรับการยอมรับอย่างกว้างขวางของการบีบด้วยแสง
โดยการทดลอง axion ทั่วโลก
คาดว่าแอกซิออนจะไร้ประจุ เบากว่าอิเล็กตรอนมาก และเกิดขึ้นอย่างมากมายหลังบิ๊กแบง ซึ่งทำให้พวกมันกลายเป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับสสารมืด ซึ่งเป็นสารลึกลับที่ดูเหมือนจะแทรกซึมเข้าไปในจักรวาลและส่งผลต่อคุณสมบัติความโน้มถ่วงของวัตถุขนาดใหญ่ เช่น ดาราจักร
เมื่อเร็ว ๆ นี้ การทดลองหลายครั้งได้พยายามตรวจจับแกนโดยใช้สนามแม่เหล็กแรงสูง ซึ่งเกิดขึ้นในห้องปฏิบัติการที่อุณหภูมิด้วยการแช่แข็ง แนวคิดก็คือว่า axions จะกระเจิงจากความผันผวนของควอนตัมในพื้นที่เหล่านี้ ทำให้เกิดโฟตอนซึ่งความถี่เป็นสัดส่วนกับมวลของแกน อย่างไรก็ตาม สัญญาณที่เกิดจากโฟตอนเหล่านี้คาดว่าจะอ่อนมากและต้องการสัญญาณรบกวนที่ต่ำมากในการตรวจจับ เมื่อเร็ว ๆ นี้สิ่งนี้ได้นำเสนอนักวิจัยที่มีข้อจำกัดพื้นฐานเกี่ยวกับความแม่นยำในการวัดของพวกเขา
เข็มควอนตัมใน HAYSTACปัญหาเกิดจากหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก ซึ่งอธิบายถึงการแลกเปลี่ยนความแม่นยำอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้เมื่อทำการวัดตำแหน่งและโมเมนต์ของอนุภาคควอนตัม เช่น โฟตอน “สัญญาณรบกวนควอนตัม” นี้เป็นอุปสรรคสำคัญต่อการทดลองโดยมีเป้าหมายเพื่อตรวจสอบทฤษฎีสสารมืดที่มีอยู่ ซึ่งครอบคลุมมวลของแกนที่อาจเกิดขึ้นได้หลากหลาย ในท้ายที่สุด
การระบุโฟตอนแต่ละตัว ซึ่งความถี่ต้องเบี่ยงเบน
จากความผันผวนของควอนตัมไปยังองศาที่เฉพาะเจาะจงมาก ก็เหมือนกับการค้นหาเข็มควอนตัมเดียวในกองฟางขนาดมหึมาในการศึกษาของพวกเขา ทีมงานจาก Yale, University of Colorado, NIST และ University of California Berkeley ได้ผลักดันการทดลองของ HAYSTAC ให้เกินขีดจำกัดนี้โดยใช้ความก้าวหน้าล่าสุดในเทคโนโลยีการบีบด้วยแสง เทคนิคนี้ทำงานโดยลดความไม่แน่นอนขององค์ประกอบหนึ่ง (ตำแหน่งหรือโมเมนตัม) ให้เกินขีดจำกัดควอนตัมปกติโดยเพิ่มความไม่แน่นอนในองค์ประกอบอื่น ด้วยแนวทางที่ถูกต้อง คุณจะได้รับความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับองค์ประกอบที่น่าสนใจโดยไม่สูญเสียข้อมูลมากเกินไปเกี่ยวกับองค์ประกอบอื่นๆ
เครื่องตรวจจับรังสีคอสมิกอาจพบก้อนสสารมืดนักวิจัยได้ทดสอบหลักการนี้โดยใช้ HAYSTAC เพื่อค้นหา axions ที่มีมวลที่ทำนายโดยสองทฤษฎีเฉพาะ ก่อนหน้านี้ การวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้จะใช้เวลาประมาณ 200 วันจึงจะเสร็จสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ การบีบเบา ๆ ทำให้ Backes และเพื่อนร่วมงานสามารถจัดการชุดข้อมูลทั้งหมดได้ในเวลาเพียง 100 วัน แต่น่าเสียดายที่ไม่พบหลักฐานที่ชัดเจนสำหรับ axions
การปรับปรุงนี้ค่อนข้างเรียบง่าย แต่นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าเทคโนโลยีการบีบด้วยแสงยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ด้วยการปรับปรุงเพิ่มเติม การทดสอบเชิงทดลองของทฤษฎี axion ยังคงมีประสิทธิภาพมากขึ้น ตอนนี้ทีมของ Backes หวังว่าการปรับเปลี่ยนหลักการความไม่แน่นอนของพวกเขาจะได้รับการขยายไปสู่การทดลองที่หลากหลายเช่น HAYSTAC; อาจนำคำอธิบายที่รอคอยมานานเกี่ยวกับสสารมืดเข้ามาใกล้ความเป็นจริงมากขึ้น
Andrea Alùแห่งมหาวิทยาลัย City University of New York
ยังประทับใจกับการใช้งานที่เป็นไปได้ของผลงานนี้ด้วย: “ผมเชื่อว่าผลลัพธ์สุดท้ายนั้นน่าสนใจ และผลตอบรับก็เป็นสิ่งที่ผู้คนตามหา” เขากล่าว อย่างไรก็ตาม เขาตั้งข้อสังเกตว่าซับสเตรตแม่เหล็กอาจทำให้การประดิษฐ์และการรวมเข้าด้วยกันมีความซับซ้อนและอาจไม่จำเป็นอย่างยิ่ง: “หลักการเดียวกันนี้อาจนำไปใช้กับระบบส่วนกลับที่รองรับสถานะขอบเหล่านี้โดยไม่ต้องพึ่งพาเอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์” เขา พูดว่า: “คำถามเปิดคือเอฟเฟกต์แม่เหล็กนี้ซื้อผู้เขียนได้อย่างไร”
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในสหราชอาณาจักรได้ค้นพบวิธีใหม่ในการตรวจจับควอนตัมบิตเดียว (qubit) ที่ซ่อนอยู่ในเมฆหนาแน่น 100 000 qubits ที่ทำจากสปินนิวเคลียร์ของจุดควอนตัม ความสำเร็จนี้เกี่ยวข้องกับแสงเลเซอร์และอิเลคตรอนตัวเดียวที่ทำหน้าที่เหมือน “สุนัขต้อนแกะ” ที่อาจช่วยในการพัฒนาอินเทอร์เน็ตควอนตัม
คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำงานได้ดีกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพภายในงานเฉพาะทางที่จำกัด อย่างไรก็ตาม เพื่อให้อุปกรณ์ควอนตัมมีศักยภาพสูงสุด นักวิจัยจำเป็นต้องหาวิธีเชื่อมโยงอุปกรณ์เหล่านี้เข้ากับอินเทอร์เน็ตควอนตัม เส้นทางหนึ่งที่ถูกสำรวจจะเกี่ยวข้องกับการจัดเก็บข้อมูลควอนตัมในกลุ่มของสปินที่มีปฏิสัมพันธ์ที่สอดคล้องกัน การหมุนของนิวเคลียร์ในจุดควอนตัมของเซมิคอนดักเตอร์ – ผลึกเซมิคอนดักเตอร์ชิ้นเล็ก ๆ ที่ทำหน้าที่เหมือนอะตอมเทียม – เป็นไปได้อย่างหนึ่งที่มีแนวโน้ม
ซ่อนคิวบิต
ปัญหาคือข้อมูลควอนตัมที่เก็บไว้ในสปินนิวเคลียร์ของจุดเหล่านี้ – หรือการหมุนของวัสดุที่เหมาะสมอื่น ๆ – นั้นเปราะบาง วิธีหนึ่งที่จะเอาชนะสิ่งนี้คือปกป้องสปินที่มีข้อมูลโดย “ซ่อน” พวกมันไว้ในกลุ่มเมฆของสปินจากนิวเคลียสอะตอม 100 000 ภายในจุดควอนตัมแต่ละจุด สปินที่มีข้อมูลสามารถมองได้ว่าเป็น “เข็ม” และก้อนเมฆของสปินอื่นๆ เป็น “กองหญ้า” หัวหน้าทีมMete Atatüreนักฟิสิกส์ในCavendish Laboratory ของเคมบริดจ์อธิบาย
จุดควอนตัมเซมิคอนดักเตอร์ให้ยืมตัวเองกับอุบายประเภทนี้ เนื่องจากนักวิจัยสามารถฉีดนิวเคลียสสปินเดี่ยวที่ตื่นเต้นด้วยแสงเลเซอร์เข้าไปในกลุ่มของสปินนิวเคลียร์ในจุดต่างๆ ในงานใหม่ ทีมงานของเคมบริดจ์ได้ฉีดการกระตุ้นด้วยนิวเคลียร์เพียงครั้งเดียว เรียกว่า แม็กนอนนิวเคลียร์ ลงในจุดที่ทำจากอินเดียม แกลเลียม อาร์เซไนด์
จนถึงตอนนี้ดีมาก Atatüre อธิบายว่าอุปสรรคที่แท้จริงเกิดขึ้นเมื่อเขาและเพื่อนร่วมงานพยายามรับรู้ถึงการมีอยู่ของข้อมูลควอนตัมที่จัดเก็บไว้ในกลุ่มของสปิน สิ่งนี้พิสูจน์ได้ยากเพราะการหมุนมีแนวโน้มที่จะ “พลิก” แบบสุ่มเมื่อกล่าวถึง ทำให้เกิดระบบที่มีเสียงดัง วิธีที่พวกเขาเอาชนะความท้าทายนี้คือการใช้อิเล็กตรอน (พร็อกซี) ในวัสดุที่ทำหน้าที่ “เหมือนสุนัขที่ต้อนแกะ” ตามที่ Atatüre กล่าว แกะในกรณีนี้เป็นกลุ่มของสปินนิวเคลียร์
Credit : perulionsclubnewyork.org petermazz.com phicomputer.com photoshopdersi.net
