تا امروز، رسیدن به حالت‌های کوانتومی طبق معمولً نیازمند سرمایش‌های شدید و پیچیده می بود، اما گروهی از محققان موفق شدند این اتفاق را در دمای اتاق به نمایش بگذارند؛ دستاوردی که درهای تازه‌ای به‌سوی فناوری‌های پیشرفته باز می‌کند.

حرکات کوانتومی غیرقابل‌فکر

در دنیای کوانتوم، ذرات می‌توانند رفتارهایی از خود نشان دهند که در دنیای کلاسیک غیرقابل‌فکر است. یکی از این اتفاق‌ها، حرکت کوانتومی است که تا پیش‌ازاین، تنها در دماهای زیاد پایین قابل‌مشاهده می بود. اما محققان دانشگاه ETH زوریخ، با همکاری دانشگاه فناوری وین، روشی نوآورانه ابداع کرده‌اند که اجازه می‌دهد حرکت چرخشی ذرات نانو شیشه‌ای، حتی در دمای اتاق و بدون نیاز به سرمایش، به حالت کوانتومی برسد. این کشف نه‌تنها فهمیدن ما از فیزیک کوانتومی را گسترش می‌دهد، بلکه آینده‌ای روشن برای سنسورهای کوانتومی در ناوبری، پزشکی و فیزیک بنیادی ترسیم می‌کند.

حرکت کوانتومی

حرکت کوانتومی به معنی لرزش‌ها و نوسانات خاصی است که ذرات در سطوح زیاد کوچک و زیراتمی از خود نشان خواهند داد. برخلاف اشیای بزرگ در دنیای روزمره که می‌توانند در هر زاویه‌ای نوسان کنند، ذرات کوانتومی تنها در حالت‌های اشکار و «کوانتیده» می‌توانند حرکت کنند.

چالش‌های مشاهده حرکت کوانتومی در ذرات بزرگ‌تر

ذرات نانو با قطر نزدیک به ۱۰۰ نانومتر که هزار برابر کوچک‌تر از یک‌دانه شن می باشند، اما در دنیای کوانتوم ابعادی بزرگ محسوب خواهد شد، همیشه نوشته مطالعاتی بوده‌اند. اما جداسازی و مشاهده حرکت کوانتومی آن‌ها به علت تأثیرات محیط و دمای بالا کار زیاد سختی می بود. تا کنون فقط با سرمایش‌های شدید می‌شد این اتفاق را دید، اما این راه حلها زیاد پرهزینه و پیچیده می باشند.

ابداع روش تازه: انجماد حرکت بدون سرمایش

محققان دانشگاه ETH زوریخ و دانشگاه فناوری وین با منفعت گیری از تله‌های نوری (optical tweezers) و تنظیم دقیق پرتوهای لیزری، توانستند ذرات نانو را در میدان الکترومغناطیسی به‌طوری نگه دارند که حرکت چرخشی آن‌ها به کمترین حالت کوانتومی برسد، بدون این که ذرات نیاز به سرمایش داشته باشند. این فرآیند به‌نوعی «انجماد» حرکت چرخشی ذرات در دمای اتاق است.

نتایج حیرت‌انگیز؛ ذرات گرم با حرکت کوانتومی

مسئله دلنشین این است که خود ذرات در دمای صدها درجه سانتی‌گراد باقی می‌همانند، اما حرکت چرخشی آن‌ها تقریباً به حالت پایه کوانتومی رسیده است. این پیروزی، شکستی بزرگ در محدودیت‌های فیزیک کوانتوم به حساب می اید و راه را برای کاربردهای جدیدی در سنسورها و فناوری‌های نوین باز می‌کند.

آینده‌ای نوین برای فیزیک و فناوری

این دستاورد، امکان مطالعه پایدار و قابل‌مطمعن خواص کوانتومی در اجسام بزرگ‌تر را فراهم می‌کند که پیش‌ازاین تقریباً غیرممکن می بود. محققان امیدوارند بتوانند این روش را برای گسترش سنسورهای کوانتومی در عرصه‌هایی همانند ناوبری دقیق، پزشکی و تحقیقات بنیادی به کار گیرند.

انجماد حرکت کوانتومی بدون سرمایش

کشف «انجماد حرکت کوانتومی بدون سرمایش» یک قدم بزرگ در فهمیدن و کاربرد فناوری‌های کوانتومی است. این پیشرفت مشخص می کند می‌توان محدودیت‌های دمایی را کنار گذاشت و به سمت فناوری‌هایی حرکت کرد که با صرف انرژی کمتر و هزینه کمتر، به‌دقت و کارایی بالاتری دست یابند. آینده علم کوانتوم روشن‌تر از همیشه به نظر می‌رسد و دروازه‌های تازه‌ای به‌سوی فناوری‌های انقلابی گشوده شده است.