أغنية الذرة المنعزلة

حقق علماء معهد وايزمان للعلوم رقما قياسيا جديدا في حساسية القياسات باستخدام دوران الذرة الواحدة

بيئتنا، حتى البيئة المعزولة والخاضعة للرقابة في المختبر، "مغطاة" بالضوضاء الخلفية. لفهم ما يقوله شخص معين في محطة قطار صاخبة، يجب علينا تقليل كل الضوضاء في الخلفية، والتركيز على الرسالة اللفظية التي تخرج من فم ذلك الشخص. لقد تعلم العقل البشري أداء هذه المهمة الصعبة إلى حد معين. عندما يتعلق الأمر بالاستماع إلى الراديو الذي يتم تشغيله في سيارة متحركة في بيئة حضرية، فمن الأسهل بالفعل إعطاء الأولوية للصوت المفضل، عن طريق زيادة مستوى صوت الراديو (مما قد يزعج بالطبع الأشخاص الآخرين الذين يحاولون للتركيز على الرسائل الصوتية الأخرى).

إن القدرة على تضخيم الإشارة التي نريد التركيز عليها، وإبرازها فوق البيئة الصاخبة، هي شرط أساسي يصعب بدونه وصف العمل في المختبرات في العديد من المجالات البحثية. إحدى طرق القيام بذلك، والتي طورها الفيزيائي روبرت ديكي من جامعة برينستون، تشبه إلى حد كبير المبدأ الذي يتيح البث الإذاعي حيث يتم نقل الرسائل الصوتية (الأخبار الإذاعية، والموسيقى) من خلال بيئة صاخبة للغاية (الهواء). ومن أجل القيام بذلك، يجب تعديل الموجات الصوتية التي نرغب في إرسالها عبر مسافات طويلة، وتركيبها على موجة حاملة عالية التردد. للاستماع إلى البث، يجب علينا تشغيل جهاز استقبال تم ضبطه لاستقبال الموجة الحاملة (على سبيل المثال FM 88 ميجا هرتز)، ثم فصل الموجة الحاملة عن الموجة الحاملة، وإصدار الموجة الحاملة وتضخيمها، وهي موسيقانا أو نشرة الأخبار.

أحد الأنظمة الأكثر شيوعًا في مختبرات الفيزيائيين في جميع أنحاء العالم يعمل بطريقة مماثلة، ويسمى "المضخم المقفل"، أو باختصار MAM. هذا النظام قادر على تمييز خاصية حدوث الموجات. هذه الإشارة ذات التردد المنخفض "تركب" على إشارة ذات تردد عالٍ. يقوم مكبر الصوت "بقفل" عرض الموجة وفصله عن البيئة الصاخبة، مما يسمح للعلماء بقياسه بدقة.

لدى نظرية الكم الكثير لتقوله عن قدرتنا على إجراء ملاحظات حول العالم. فمن ناحية، فهو يفرض ويضع حدودًا لقدرتنا على إجراء قياسات دقيقة (مبدأ عدم اليقين الشهير لهايزنبرج). ومن ناحية أخرى، فهو يوفر لنا السبل والأدوات اللازمة للتغلب على هذه القيود. استخدم الدكتور روي أوزاري، وطلاب البحث شلومي كوتلر، ونيتسان أكرمان، ويانون جليكمان، وآنا كيسلمان، من قسم فيزياء الأنظمة المعقدة في معهد وايزمان للعلوم، مبادئ نظرية الكم لتحليل
لبناء نسخة كمومية من MMM، مما يجعل من الممكن عزل وقياس الظاهرة الموجية باستخدام دوران ذرة واحدة (أيون). وفي هذا التطور، سجل علماء المعهد رقما قياسيا عالميا جديدا في درجة حساسية القياسات باستخدام دوران الذرة الواحدة. وهذا الرقم القياسي الجديد أعلى 100 مرة من الرقم القياسي العالمي السابق. تسمح هذه القياسات بفصل مكاني عالٍ بمعدل حوالي جزء من المليار من المتر.