Instantâneos congelando uma nanoswing:a medição precisa da posição supera as flutuações térmicas
p As medições instantâneas permitem caracterizar o estado quântico do ressonador mecânico (nanoswing), ou seja, a distribuição de posição e momento (velocidade). Parece uma bolha, que representa o quão longe uma previsão de posição e momento estava da verdade:uma bolha menor é uma previsão melhor, e a largura, portanto, diz algo sobre a temperatura efetiva. Crédito:AMOLF
p Os físicos da AMOLF conseguiram esfriar um balanço, string nanométrica para temperatura quase zero sem usar refrigeração externa. Em seu experimento, o resfriamento é um resultado intrínseco de uma medição de posição 'instantânea' que eles conduziram em uma nanoestrutura especialmente projetada. O método instantâneo, desenvolvido no grupo de Forças Fotônicas da AMOLF, oferece oportunidades para novas aplicações em sensoriamento quântico com sensibilidade sem precedentes. Os pesquisadores descrevem suas descobertas em um artigo publicado em 9 de setembro em
Cartas de revisão física . p Um balanço no playground não se move até que alguém lhe dê um empurrão, mas uma oscilação nanométrica (ou um ressonador nanomecânico) está sempre se movendo devido a vibrações térmicas aleatórias. "O método convencional para medir a posição de uma nanoswing com precisão tem poder preditivo limitado, porque os dados são calculados ao longo do tempo, "explica o líder do grupo Ewold Verhagen." Antes de terminar a medição, a influência da temperatura já mudou a posição com uma quantidade aleatória. "
p Assim, para adquirir conhecimento preciso da posição do swing a qualquer momento, o movimento térmico precisa ser eliminado. "Para saber realmente onde está o objeto, você precisa de uma temperatura (próxima) de zero, "diz Verhagen." Em experimentos com medições de posição com média de tempo, isso geralmente é conseguido refrigerando fisicamente o experimento a quase zero Kelvin. "
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Medindo =resfriamento
p O grupo de Forças Fotônicas do AMOLF desenvolveu uma abordagem diferente, usando luz laser para fazer medições precisas e quase instantâneas (instantâneos) da posição da estrutura em nanoescala:uma pequena haste dupla de silício que vibra como uma corda. "O design de nossa nanobalada permite que ela interaja fortemente com a luz laser que usamos para medir sua posição. O fato de tirarmos um instantâneo em vez de uma medição com média de tempo, é crucial, "diz Verhagen." Desde 1978, cientistas na Rússia e na Áustria propuseram o uso de medições, cuja duração é muito mais curta do que o período de oscilação, e o tempo que leva para a nanoswing interagir com seu ambiente térmico. Agora demonstramos que os instantâneos nos permitem prever com precisão a posição da nanoswing, mesmo sem refrigeração externa. A própria medição cancela a incerteza térmica, e assim resfria a nanoswing tanto quanto um método de resfriamento externo faria. "
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Flutuações quânticas
p Embora eles não sejam o primeiro grupo a demonstrar o princípio do instantâneo, Verhagen e sua equipe alcançaram uma precisão de medição sem precedentes que não apenas elimina as vibrações térmicas, mas também está dentro da faixa de flutuações quânticas ainda menores das nanowings.
p Verhagen diz, "Essas flutuações quânticas persistem mesmo na temperatura de zero absoluto. Assim, eles normalmente estabelecem um limite para a sensibilidade das medições mecânicas. Mas teoricamente, as medições instantâneas rápidas não estão sujeitas à limitação das flutuações quânticas. Portanto, nossas descobertas podem levar a novas aplicações em sensores quânticos. Idealmente, gostaríamos de desenvolver métodos de detecção com menos ruído do que os melhores métodos de detecção (com média de tempo) em um ambiente Kelvin zero. "