이스라엘의 물리학자들은 원자 칩에 양자 간섭계를 만들었다.
이 장치는 두 원자 빔 사이의 간섭 패턴을 연구하여 양자 이론의 기초를 탐구하는 데 사용할 수 있다.
이스라엘 Groningen 대학의 물리학자 Anupam Mazumdar는 이 장치가 원자 대신 메조 스코픽 입자를 사용하도록 어떻게 조정될 수 있는지 설명한다. 이는 확장 된 응용 프로그램을 허용한다. 장치에 대한 설명과 Mazumdar의 적용에 관한 이론적 고려 사항은 Science Advances 저널에 5월 28일에 게재됐다.
Negev의 Ben-Gurion 대학 과학자들이 만든 이 장치는 100년 전 독일 물리학자 Otto Stern과 Walter Gerlach가 처음 제안한 소위 Stern Gerlach 간섭계다. 거시적 자석의 구배에 노출된 자유롭게 전파되는 원자로 간섭계를 만드는 원래의 목표는 지금까지 실제로 실현되지 않았다.
Groningen 대학의 이론 물리학 교수이자 Science Advances의 공동 저자 중 한 명인 Anupam Mazumdar는 “이러한 실험은 광자를 사용하여 수행되었지만 원자로는 수행되지 않았다”고 설명했다.
Ron Folman 교수가 이끄는 이스라엘 과학자들은 원자 칩에 간섭계를 만들어 원자를 가두거나 조작할 수 있다. 루비듐 원자 빔은 자석을 사용하여 칩 위로 여기된다. 자기 기울기는 개별 원자의 스핀 값에 따라 빔을 분할하는 데 사용된다. 스핀은 위 또는 아래의 두 가지 값을 가질 수있는 자기 모멘트다. 스핀 업 및 스핀 다운 원자는 자기 구배로 분리된다. 그 후, 두 개의 발산된 빔이 다시 합쳐져 재결합된다. 그런 다음 스핀 값이 측정되고 간섭 패턴이 형성된다. 스핀은 양자 현상이며 이 간섭계 전체에서 반대쪽 스핀이 얽혀 있다. 이것은 간섭계를 다른 양자 현상에 민감하게 만든다.
Mazumdar는 칩 구성에 관여하지 않았지만 논문에 이론적 통찰력을 제공했다. 여러 동료들과 함께 그는 이전에 중력이 얽힌 메조 스코픽 물체, 즉 양자 중첩 상태로 가져올 수 있는 작은 다이아몬드를 사용하는 양자 현상인지 여부를 결정하는 실험을 제안했다.
그는 “이 간섭계에서 루비듐 원자 대신이 다이아몬드를 사용하는 것이 가능할 것”이라고 말한다. 그러나 이 과정은 매우 복잡할 것이다. 현재 상온에서 작동하는 장치는 메조 스코픽 실험을 위해 약 1 켈빈으로 냉각되어야 하기 때문이다.
이것이 실현되면 이 원자 칩 중 두 개가 함께 자유 낙하할 수 있으므로 (외부 중력을 중화시키기 위해) 두 칩 사이의 중력에 따라 상호 작용이 발생한다. Mazumdar와 그의 동료들은 자유 낙하 중에 쌍의 양자 얽힘 발생 확인을 목표로 한다. 이는 다이아몬드 사이의 중력이 실제로 양자 현상임을 의미한다. 이 실험의 또 다른 응용은 중력파 감지다. 시공간의 변형은 간섭 패턴에서 볼 수 있어야 한다.
연구팀에 따르면 이미 양자 센서는 감지할 수 있는 것을 정확히 알아 내지만, 이 실험은 아직 초기 단계다.
