Συγκρούσεις ανταλλαγής σπιν σε θερμά αέρια δημιουργούν και υποστηρίζουν διμερή σύμπλεξη

Σε αυτό το άρθρο, ο Κώστας Μουλουδάκης, υποψήφιος διδάκτορας στο Τμήμα μας, και ο Γιάννης Κομίνης, Αναπληρωτής Καθηγητής στο Τμήμα μας, χρησιμοποιούν τεχνικές της κβαντικής πληροφορίας για να ποσοτικοποιήσουν τις συσχετίσεις που δημιουργούνται από συγκρούσεις ανταλλαγής σπιν σε θερμά ατομικά αέρια.

Αυτά τα αέρια αποτελούν τη φυσική υλοποίηση αρκετών κβαντικών τεχνολογιών που σχετίζονται με το γενικότερο τομέα της κβαντικής ανίχνευσης, με πιο γνωστή την τεχνολογία των ατομικών μαγνητόμετρων.

Μέχρι τώρα, τα αλκαλικά αέρια περιγράφονται θεωρητικά σαν να αποτελούνται από μη συσχετισμένα άτομα. Ήταν διαισθητικά αναμενόμενο ότι ένα σύνολο από άτομα που συγκρούονται τυχαία σε ένα θερμό αέριο δε μπορεί να υποστηρίξει κβαντικές συσχετίσεις για χρονική διάρκεια που να έχει πειραματικό νόημα. Πρόσφατα όμως, διάφορα πειράματα αρχίζουν να δείχνουν ότι ισχύει το αντίθετο. Σε αυτή την εργασία οι συγγραφείς δείχνουν θεωρητικά ότι η διμερής κβαντική σύμπλεξη που δημιουργείται από συγκρούσεις ανταλλαγής σπιν είναι ισχυρή και έχει μεγάλο χρόνο ζωής. Επίσης, η σύμπλεξη αυτή μπορεί να φανεί σε συσχετίσεις του σπιν που καθορίζουν μετρήσιμες διακυμάνσεις του σπιν.

Το αποτέλεσμα αυτό φωτίζει νέες πτυχές των σχετικών πειραμάτων στο θόρυβο του σπιν που διεξάγονται στο Εργαστήριο Κβαντικής Φυσικής και Κβαντικής Βιολογίας του Τμήματος και σε άλλα εργαστήρια, και μελλοντικά μπορεί να οδηγήσει σε νέες τεχνολογίες κβαντικής μετρολογίας που χρησιμοποιούν μη τετριμμένη κβαντική δυναμική πολλών σωμάτων.

Ερευνητικό Άρθρο: “Spin-exchange collisions in hot vapors creating and sustaining bipartite entanglement”, K. Mouloudakis, I.K. Kominis, Phys. Rev. A 103, L010401 – 6 January 2021