Xác định lại các giới hạn của độ chuẩn xác đo lường

Trong hàng thế kỉ, con người đã và đang mở rộng kiến thức của mình về thế giới thông qua việc đo lường ngày càng chính xác hơn về ánh sáng và vật chất. Ngày nay, các cảm biến lượng tử thu được các kết quả cực kì chuẩn xác. Một ví dụ là sự phát triển đồng hồ nguyên tử, nó không hề sai lệch quá một giây trong ba mươi tỉ năm. Sóng hấp dẫn cũng được phát hiện thông qua các cảm biến lượng tử, trong trường hợp này là bởi các giao thoa kế quang học.

Các cảm biến lượng tử có thể đạt tới những độ nhạy không thể nào có được theo các định luật vật lí thông thường chi phối cuộc sống hằng ngày. Các cấp độ nhạy đó chỉ có thể đạt tới nếu người ta tiến vào thế giới cơ học lượng tử cùng với các tính chất kì bí của nó – ví dụ như hiện tượng chồng chất, trong đó các vật có thể ở hai nơi cùng lúc và trong đó một nguyên tử có thể có đồng thời hai mức năng lượng khác nhau.

Vừa tạo ra vừa điều khiển các trạng thái phi cổ điển như thế là nhiệm vụ cực kì phức tạp. Do đòi hỏi mức độ nhạy cao, nên các phép đo này dễ bị gây nhiễu từ bên ngoài. Hơn nữa, các trạng thái phi cổ điển phải được điều chỉnh cho phù hợp với một thông số đo nhất định. “Thật đáng tiếc, điều này thường làm tăng mức kém chính xác đối với những thông số đo khác có liên quan,” phát biểu của Fabian Wolf. Khái niệm này có liên hệ mật thiết với nguyên lí bất định Heisenberg. Wolf là thành viên của một đội nghiên cứu đến từ Đại học Leibniz và Viện Quang học Quốc gia ở Florence. Đội nghiên cứu vừa giới thiệu một phương pháp đo dựa trên một trạng thái phi cổ điển phù hợp với hai thông số đo cùng lúc.

Thí nghiệm của họ có thể được hình dung là phiên bản cơ lượng tử của một con lắc đơn. Trong trường hợp này, các thông số đo phù hợp là độ dời cực đại (biên độ) của con lắc và số dao động mỗi giây (tần số). Con lắc gồm một ion magnesium đơn độc dìm trong một “bẫy ion”. Thông qua các tương tác với ánh sáng laser, các nhà nghiên cứu có thể làm lạnh ion magnesium xuống đến trạng thái cơ bản của một hệ cơ lượng tử, trạng thái lạnh nhất có thể đạt tới. Từ đó, họ tạo ra “trạng thái Fock” của chuyển động và dùng một lực ngoài làm con lắc nguyên tử đơn độc dao động. Điều này cho phép họ đo được biên độ và tần số với độ nhạy mà một con lắc bình thường không sánh nổi. Trái với các thí nghiệm trước đây, đây là trường hợp có hai thông số đo mà không phải điều chỉnh trạng thái phi cổ điển.

Sử dụng phương pháp mới này, đội nghiên cứu giảm được thời gian đo xuống còn một nửa trong khi độ phân giải vẫn không đổi hoặc tăng gấp đôi độ phân giải với thời gian đo không đổi. Độ phân giải cao đặc biệt quan trọng đối với các kĩ thuật quang phổ dựa trên sự biến đổi trạng thái chuyển động. Trong trường hợp đặc biệt này, các nhà nghiên cứu dự tính phân tích từng ion phân tử thông qua chiếu xạ laser để kích thích chuyển động phân tử. Thủ tục mới sẽ cho phép họ phân tích trạng thái của phân tử trước khi nó bị phá vỡ bởi sự chiếu xạ laser quá mạnh. “Ví dụ, các phép đo chính xác về phân tử có thể làm sáng tỏ các tương tác giữa vật chất bình thường và vật chất tối, đó sẽ là một đóng góp lớn để giải quyết một trong những bí ẩn lớn nhất trong vật lí đương đại,” Fabian Wolf nói. Phương pháp này cũng có thể cải thiện độ phân giải trong các giao thoa kế quang học, ví dụ như các detector sóng hấp dẫn, do đó giúp người ta nhận thức sâu sắc hơn về buổi bình minh của vũ trụ.

Tham khảo: Fabian Wolf et al, Motional Fock states for quantum-enhanced amplitude and phase measurements with trapped ions, Nature Communications (2019). DOI: 10.1038/s41467-019-10576-4

Nguồn: PhysOrg.com

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Chốt đáp số cho bài toán bán kính proton
20/09/2019
Vào năm 2010, các nhà vật lí ở Đức báo cáo rằng họ đã thực hiện được phép đo đặc biệt chính xác về kích cỡ proton,
Tranh cãi vẫn chưa dứt về chuyện tìm thấy sóng hấp dẫn
18/09/2019
Nhóm hợp tác giành giải Nobel LIGO vừa công bố một bài báo mô tả chi tiết hơn bao giờ hết về cách nhóm này phân tích các tín
Lần đầu tiên nghe được ‘tiếng khóc chào đời’ của một lỗ đen mới sinh
17/09/2019
Nếu thuyết tương đối rộng của Albert Einstein vẫn đúng, thì một lỗ đen ra đời từ sự va chạm chấn động vũ trụ của hai
Tìm hiểu nhanh vật lí hạt (Phần 7)
16/09/2019
Nhà nguyên tử luận đầu tiên Cuộc hành trình của chúng ta đã xuất phát từ đâu? Tôi cho rằng “vật lí hạt” đã khởi
Tìm hiểu nhanh vật lí hạt (Phần 6)
16/09/2019
Tìm kiếm mã code Richard Feynman vĩ đại (1918-88), người cùng nhận Giải Nobel Vật lí cho những đóng góp của ông cho triết học
Giải được bí ẩn nhiễm điện do cọ xát
15/09/2019
Đa số mọi người đều từng trải nghiệm cảm giác tóc dựng đứng sau khi cọ xát bong bóng lên đầu mình hay tia lửa xoẹt
Các nguyên tử tăng tốc đến 5000 km/s khi chúng rơi vào siêu lỗ đen
15/09/2019
Các quan sát về chất khí đang bị nuốt vào siêu lỗ đen tại tâm của các quasar đã làm sáng tỏ thêm về cách những vật thể
Phát hiện hơi nước trên một hành tinh đá ở xa
14/09/2019
Các nhà khoa học vừa phát hiện thấy hơi nước trong khí quyển của một hành tinh đá ở cách Trái Đất 110 năm ánh sáng. Tên

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com