Onderzoekers van de TU Delft hebben een kwantumcircuit gemaakt om te luisteren naar het zwakste radiosignaal dat door de kwantummechanica wordt toegestaan. Dit nieuwe kwantumcircuit opent de deur naar mogelijke toekomstige toepassingen op gebieden als radioastronomie en geneeskunde (MRI). Het stelt experimenten ook in staat licht te werpen op het samenspel tussen kwantummechanica en zwaartekracht. De resultaten zijn gepubliceerd in Wetenschap .

De gebruikelijke oplossing voor een zwak radiosignaal is om een ​​groter signaal te vinden, bijvoorbeeld, door een ander radiostation te kiezen of door naar de andere kant van de kamer te gaan. Echter, m wat als we gewoon beter konden luisteren?

Zwakke radiosignalen zijn niet alleen een uitdaging voor mensen die hun favoriete radiostation proberen te vinden, maar ook voor MRI-scanners (magnetic resonance imaging) in ziekenhuizen, evenals voor de telescopen die wetenschappers gebruiken om in de ruimte te turen. In een kwantumsprong in radiofrequentiedetectie, onderzoekers in de groep van prof. Gary Steele in Delft hebben de detectie van fotonen of energiekwanta aangetoond, de zwakste signalen toegestaan ​​door de theorie van de kwantummechanica.

Kwantumbrokken

Een van de vreemde voorspellingen van de kwantummechanica is dat energie in kleine stukjes komt die quanta worden genoemd. Wat betekent dit? "Stel dat ik een kind op een schommel duw, ", zegt hoofdonderzoeker Mario Gely. "In de klassieke theorie van de natuurkunde, als ik wil dat het kind een beetje sneller gaat, kan ik ze een klein duwtje geven, waardoor ze meer snelheid en meer energie krijgen. Kwantummechanica zegt iets anders:ik kan de energie van het kind maar met één 'kwantumstap' tegelijk verhogen. De helft van dat bedrag pushen is niet mogelijk."

Voor een kind op een schommel, deze kwantumstappen zijn zo klein dat ze te klein zijn om op te merken. Tot voor kort, hetzelfde gold voor radiogolven. Echter, het onderzoeksteam in Delft ontwikkelde een circuit dat deze brokken energie daadwerkelijk kan detecteren in radiofrequentiesignalen, het openen van het potentieel voor het waarnemen van radiogolven op kwantumniveau.

Van kwantumradio naar kwantumzwaartekracht?

Naast toepassingen in kwantumdetectie, de groep in Delft is geïnteresseerd om de kwantummechanica naar een hoger niveau te tillen:massa. Terwijl de theorie van kwantumelektromagnetisme bijna 100 jaar geleden werd ontwikkeld, natuurkundigen zijn vandaag de dag nog steeds verbaasd over hoe ze de zwaartekracht in de kwantummechanica kunnen inpassen.

"Met behulp van onze kwantumradio, we willen proberen te luisteren naar en de kwantumtrillingen van zware objecten te beheersen, en experimenteel onderzoeken wat er gebeurt als je kwantummechanica en zwaartekracht mengt, "Gely zei. "Dergelijke experimenten zijn moeilijk, maar als het lukt, zouden we kunnen testen of we een kwantumsuperpositie van ruimte-tijd zelf kunnen maken, een nieuw concept dat ons begrip van zowel de kwantummechanica als de algemene relativiteitstheorie zou testen."