Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan penghentian seperti ini untuk mengembangkan teknik yang akan mempercepat pencarian materi gelap akson dan foton tersembunyi. Kredit: Foto Radar Han, Formilab

Quibits menyediakan cara cepat dan sangat andal untuk memecahkan salah satu misteri besar fisika.

Ada sejenis zat tak terlihat yang memengaruhi pergerakan bintang dan galaksi, tetapi sejauh ini belum ada yang dapat mengidentifikasi secara langsung zat yang dikenal sebagai materi gelap. Tetapi beberapa berharap bahwa kita akhirnya dapat memanfaatkan bidang ilmu kuantum yang berkembang untuk ini.

Laboratorium Akselerator Nasional Departemen Energi AS dan para ilmuwan Universitas Chicago Quantum telah menunjukkan strategi baru berdasarkan teknologi yang akan mengarah pada pencarian materi gelap, yang menyumbang 85% dari semua materi di alam semesta.

“Kami tahu bahwa ada banyak massa di sekitar kita yang tidak terdiri dari hal yang sama yang Anda dan saya lakukan,” kata Aaron Chow, salah satu penulis studi tersebut. Surat ulasan fisik Strategi baru. “Sifat materi gelap adalah misteri yang sangat menarik yang banyak dari kita coba pecahkan.”

Secara khusus, ada dua jenis partikel subotomik yang telah diperkirakan para ilmuwan tentang kemungkinan munculnya materi gelap. Telah membuat perangkat baru berdasarkan kolaborasi Komputasi kuantum Bit yang akan dapat mendeteksi sinyal lemah yang dipancarkan oleh salah satu partikel ini, jika ada: satu disebut “akson” dan yang lainnya disebut “foton tersembunyi”, partikel yang mungkin berinteraksi dengan foton cahaya di alam semesta terlihat.

“Sifat materi gelap adalah misteri yang sangat menarik yang banyak dari kita coba pecahkan.”

Harun Chow, ilmuwan Formilab

Strategi yang ditunjukkan oleh tim Pharmagilab-University of Chicago akan memungkinkan pencarian subjek gelap berjalan seribu kali lebih cepat daripada metode sebelumnya.

Menggunakan cahaya untuk mendeteksi partikel gelap

Fisikawan hanya membuat sedikit kemajuan dalam mengidentifikasi sumbu sejak mereka mengajukan keberadaannya lebih dari 30 tahun yang lalu.

“Eksperimen menggunakan teknik konvensional tidak sedekat yang kami bisa deteksi dalam materi gelap berbentuk massa tinggi,” kata Chai. “Volume terlalu tinggi.”

Namun, selama dekade terakhir, para ilmuwan semakin ahli dalam mengendalikan perilaku aneh partikel terkecil di alam semesta untuk menciptakan kembali sifat-sifat mekanika kuantum. Salah satu pencapaian tersebut adalah bit “berhenti” atau komputasi kuantum. Ini bisa sangat sensitif bahkan untuk gambar terkecil – seperti yang Anda lakukan di detektor.

Dalam teknik baru tim, quits dirancang untuk mendeteksi foton yang dihasilkan saat partikel materi gelap berinteraksi dengan medan elektromagnetik. Perangkat yang dibuat khusus yang disebut rongga superkonduktor menyediakan cara untuk menyimpan dan menyimpan foton sinyal. Selimut berlapis di rongga, lalu ukur foton.

Teknik ini akan berguna dalam menemukan kandidat materi gelap karena partikel tak terlihat dapat dideteksi saat diubah menjadi foton.

Rongga gelombang mikro Superkonduktor sinyal materi gelap

Silinder biru pada gambar ini mewakili rongga gelombang mikro superkonduktor yang digunakan untuk mengakumulasi sinyal materi gelap. Ungu 0 atau 1 adalah tanda berhenti yang digunakan untuk mengukur keadaan rongga yang merupakan jumlah foton yang dihitung dengan nilainya. Jika materi gelap berhasil mengendapkan foton di rongga, keluaran akan mengukur 1 a tidak akan mengukur amplitudo foton. Kredit: Gambar milik Akash Dikshit

Kunci kepekaan teknologi ini adalah kemampuan untuk menghilangkan teks positif palsu, kata para ilmuwan. Teknik konvensional menghancurkan foton mereka. Namun, strategi baru dapat menyelidiki tanpa merusak foton. Foton yang sama memberikan jaminan terhadap pembacaan keliru yang diukur ulang selama masa hidup 500 mikrodetik.

“Dibutuhkan 10 mikrodetik untuk mengukur foton sekali dengan berhenti, jadi kami dapat mengukur sekitar 50 pengulangan foton yang sama dalam masa hidupnya,” kata Akash Dixit, seorang mahasiswa doktoral fisika di University of Chicago dan rekan penulis.

Strategi tim Ficimilab-University of Chicago juga mengurangi kebisingan yang mengaburkan sinyal.

“Ini adalah cara yang jauh lebih cerdas dan lebih murah untuk mendapatkan peningkatan besar dalam sensitivitas,” kata Chow. “Sekarang, tingkat suara yang stabil telah turun begitu banyak sehingga Anda akan mendapat kesempatan untuk melihat goyangan kecil pertama dalam pengukuran Anda karena sinyal yang sangat, sangat kecil.”

“Di mana metode konvensional dapat membuat satu suara foton dengan setiap pengukuran, di detektor kami Anda mendapatkan satu suara foton per seribu pengukuran,” kata Dixit.

Dixit dan rekan-rekannya mengadaptasi teknik mereka dari teknik yang dikembangkan oleh fisikawan nuklir Serge Haroch, yang berbagi Hadiah Nobel Fisika 2012 atas prestasinya.

Cari tahu aksi dan foton tersembunyi

Rongga gelombang mikro sangat penting untuk teknik baru superkonduktor. Rongga yang digunakan dalam percobaan ini sangat murni – terbuat dari 99,9999% aluminium. Aluminium menjadi superkonduktor pada suhu yang sangat rendah, properti yang memperpanjang umur panjang bit kuantum, yang sifatnya berumur pendek.

Dixit berkata, “Keuntungan kami adalah bahwa sekali Anda meletakkan foton di rongga materi gelap, foton mampu menahan foton untuk waktu yang lama.” Dixit mengamati, “Semakin lama lubang menahan foton, semakin banyak yang harus kami ukur. . “

“Semakin lama lubang menahan foton, semakin banyak yang perlu kita ukur.”

Mahasiswa pascasarjana Eukicago, Akash Dikshit

Teknik ini 36 kali lebih sensitif daripada batas kuantum, kriteria untuk pengukuran kuantum konvensional.

Jika ada tindakan, pengujian saat ini memberikan peluang 10.000 yang dapat mendeteksi foton yang dihasilkan oleh interaksi materi gelap.

“Kami perlu menurunkan suhu foton untuk lebih meningkatkan kemampuan kami mendeteksi fenomena langka seperti itu,” kata David Schuster, asisten profesor fisika di Uchichago dan rekan penulis studi baru tersebut. “Penurunan suhu foton akan meningkatkan sensitivitas semua materi gelap, termasuk foton tersembunyi.

Foton dalam percobaan didinginkan hingga suhu sekitar 40 milikelvin (minus 459,60 derajat). Fahrenheit), Cukup dengan satu sentuhan di atas Nol, tentu saja. Peneliti ingin pergi ke bawah suhu operasi 8 milikelvin (minus 459,66 derajat Fahrenheit). Pada titik ini, lingkungan pencarian materi gelap akan tanpa malu-malu, secara efektif bebas dari foton latar.

“Meskipun masih ada cara untuk pergi, tentu saja, ada alasan untuk optimis,” kata Schuster, yang kelompok penelitiannya akan menerapkan teknologi yang sama pada komputasi kuantum. “Kami menggunakan ilmu informasi kuantum untuk membantu mendeteksi materi gelap, tetapi foton latar yang serupa merupakan sumber kesalahan potensial untuk kalkulasi kuantum. Jadi penelitian ini memiliki kegunaan di luar ilmu dasar.”

“Meskipun masih ada jalan untuk pergi, ada alasan untuk bersikap optimis.”

Profesor Madya David Schuster

Schuster mengatakan proyek tersebut memberikan contoh yang bagus untuk memahami jenis kolaborasi yang ada antara satu jenis laboratorium dan satu laboratorium nasional.

“Laboratorium universitas kami telah menghentikan teknologi, tetapi dalam jangka panjang kami belum dapat mengeksplorasi materi gelap apa pun pada tingkat yang kami butuhkan sendiri.” “Kemitraan laboratorium nasional memainkan peran penting di sana.”

Membayar dari upaya lintas disiplin ini bisa sangat besar.

“Tidak mungkin kami dapat melakukan pengujian ini tanpa teknologi baru yang kami temukan,” kata Chow.

Referensi: Akash V. Dixit, Cakra Srivatsan, Kevin Hee, Ankur Agarwal, Ravi K Naik, David I. “Finding Dark Matter dengan Super Conducting Cubit” oleh Schuster dan Aaron Chow, “April 2021” Surat ulasan fisik.
DOI: 10.1103 / FizerVivelet.2626.141302

Pendanaan: Hinging-Simons Foundation, Program Quanticid Fisika Energi Tinggi AS ics

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Alat-alat baru dibutuhkan untuk mencegah pandemi penyakit tanaman

Mengamati penyakit tanaman dapat mengungkapkan keamanan pangan. Penyakit tanaman tidak berhenti di perbatasan negara, dan kilometer lautan juga tidak mencegah penyebarannya. Itulah mengapa pengawasan...

Ilmuwan Menjelajahi Tesla Roads Jangan Ambil – Dan Temukan Kekuatan Baru Berguna dalam Penemuan Centennial

Foto eksposur ganda Nikola Tesla pada bulan Desember 1899 duduk di laboratoriumnya di Colorado Springs di sebelah kaca pembesar generator tegangan tinggi sementara mesin...

Untuk Mempercepat Akses, Mikroskopi yang Sangat Dapat Diputar Meninggalkan “Di Bawah Kisi”

Contoh desain ubin yang digunakan pada ulat percobaan C. elegans. Mesin non-grid memberi model fleksibilitas sementara untuk dengan cepat memasuki lingkungan yang menyenangkan....

Lingkar Kuno Munculnya Tektonik Lempeng Data 3,6 Miliar Tahun Lalu – Peristiwa Penting untuk Memperkaya Kehidupan Bumi

Zirkonia yang dipelajari oleh tim peneliti, difoto menggunakan katodoluminesensi, memungkinkan tim untuk melihat bagian dalam kristal menggunakan mikroskop elektron khusus. Lingkar zirkon adalah...

Bisakah kita mengurangi kecanduan opioid? [Video]

Pada 2017, jutaan orang di seluruh dunia kecanduan opioid dan 115.000 meninggal karena overdosis. Opioid adalah obat penghilang rasa sakit paling manjur yang kita miliki,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.