Harvard-Physiker ebnen den Weg zu einfacherer Quantenverschränkung für präzisere Sensorik

BerlinPhysiker an der Harvard-Universität haben das Quanten-Sensing weiterentwickelt, indem sie das Spin-Squeezing benutzerfreundlicher gemacht haben. Spin-Squeezing beinhaltet die Steuerung einer Gruppe von Teilchen, um die Messgenauigkeit zu erhöhen. Diese Verbesserung ist besonders in Bereichen wie dem Quanten-Sensing von großer Bedeutung, wo hohe Präzision essenziell ist.

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Spin-Quetschen einfacher zu erreichen ist als bisher gedacht. Normalerweise waren dafür komplexe „All-zu-All-Interaktionen“ zwischen den Teilchen notwendig. Neue Forschungen zeigen jedoch, dass Spin-Quetschen mithilfe von Ferromagnetismus, der gleichen Art von Magnetismus wie bei normalen Magneten, durchgeführt werden kann. Dies vereinfacht den Prozess erheblich.

Hauptaspekte dieser Entdeckung umfassen:

• Spin-Verschränkung verbessert die Messgenauigkeit durch Manipulation von Quantenzuständen.
• Es sind nicht mehr alle-zu-alle Interaktionen notwendig; ferromagnetische Interaktionen genügen.
• Dies eröffnet neue Wege zur Entwicklung tragbarer und präziser Quanten-Sensoren.

Dieser Durchbruch bietet erhebliche praktische Vorteile. Indem das Spin-Squeezing leichter anwendbar gemacht wird, können mehr Forscher äußerst empfindliche Quanten-Sensoren entwickeln. Diese Sensoren sind in Bereichen wie der biomedizinischen Bildgebung, Atomuhren und der Erkennung von Gravitationswellen nützlich. Stickstoff-Vakanz-Zentren in Diamanten, die als effektive Quanten-Sensoren gelten, werden bereits mit dieser neuen Technik getestet.

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Mit einfacheren Anforderungen an die Spinsqueezing können wir flexiblere Quanten-Geräte entwickeln. Durch die Verringerung der Notwendigkeit für komplexe Teilcheninteraktionen wird es einfacher, Quantentechnologien zu schaffen und auszubauen. Dies könnte die Entwicklung vieler Instrumente beschleunigen und ermöglichen, dass fortschrittliche Quanten-Sensoren schnell vom Labor in die praktische Anwendung übergehen.

Mehrere Bundesbehörden, darunter das Army Research Office, das Office of Naval Research, das Energieministerium, das Verteidigungsministerium und die National Science Foundation, haben diese Forschung unterstützt. Ihre Unterstützung unterstreicht die Bedeutung der Entwicklung von Quantensensortechnologien, die weitreichende Auswirkungen auf die Verteidigung und nationale Sicherheit haben.

Harvard-Physiker haben einen einfacheren Weg zur Erreichung des Spin-Squeeze-Effekts gefunden, der die Genauigkeit von Quantenmessungen verbessert. Ihre neue Methode basierend auf Ferromagnetismus könnte hochpräzise Quanten-Sensoren breiter verfügbar machen und verschiedene wissenschaftliche und industrielle Bereiche beeinflussen.