Kuantum stokastik düzeltme, bazı fiziksel sistemlerde gözlenen bir işlemdir, bu da rastgele kuantum dalgalanmalarının (yani kuantum gürültüsü) ve zayıf bir alternatif akım veya AC voltajı gibi küçük bir salınım sinyalini sabit bir çıkışa (örn. Doğrudan akım veya dc) dönüştürür. Bu kuantum etkisi daha önce hem kuantum mekaniği hem de rastgelelik (yani stokastik süreçler) tarafından yönlendirilen manyetik tünel kavşaklarında bildirilmiştir.
Kaliforniya Üniversitesi -Irvine’deki araştırmacılar yakın zamanda, bireysel moleküllerde gözlemlenen kuantum stokastik düzeltmenin içsel gevşeme dinamiklerini incelemek için kaldırılabileceğini gösterdiler. Yaklaşımları, yayınlanan bir makalede özetlendi Fiziksel İnceleme Mektuplarıgelecekteki moleküler dinamikler hakkında çalışmayı bilgilendirebilir ve atomik ölçekte tek moleküllerde gerçekleşen hızlı süreçlerin ölçülmesini ilerletebilir.
The Paper’ın kıdemli yazarı Wilson Ho, “Birkaç yıl önce doktora ilerleme komitesinde görev yaptım ve lisansüstü öğrenci, NM ölçekli manyetik tünel kavşaklarında stokastik süreçleri içeren tez araştırmasını tartıştı.” Dedi. “Deneyindeki sinyal termal gürültüden etkilendi ve sürüş frekansı değiştiğinde bir geçiş gösterdi.
Diyerek şöyle devam etti: “Benzer bir etkiyi gözlemlememiz gerektiğine, ancak tek bir molekülün tarama tünelleme mikroskopisi (STM) araştırmamızda tamamen kuantum mekanik olarak görüldü. Bu fikirleri, gruptaki o zamanlar lisansüstü öğrencisi Jiang Yao’ya anlattım.”
Ho ve öğrencileri tarafından yapılan son çalışmanın temel amacı, tek bir molekülde doğal bir kuantum rastgeleliğini (yani kuantum stokastikliği) başarılı bir şekilde gözlemlemekti. Bunu yapmak için, araştırmacılar, kuantum etkileri nedeniyle molekülde rastgele durum anahtarlama ile etkileşime giren bir bakır yüzeye adsorbe edilen bireysel bir pirolidin molekülüne periyodik bir salınım voltajı uyguladılar.
Daha sonra molekülün, özellikle yapısal değişikliklere (yani konformasyonlar) odaklanan voltaj salınım frekansına yanıtlarını gözlemlediler ve ölçtüler. Bu nihayetinde molekülün ne kadar hızlı gevşediğini ölçmelerine izin verdi (yani, rahatsız olduktan sonra orijinal durumuna geri dönüyor), sadece mikroskopi araçları kullanılarak alınmayan hızlı işlemleri alıyordu.
“Tek bir pirolidin aracılığıyla transdükt bir sinyal olarak düzeltme akımını ölçmek için, iki moleküler durum arasında stokastik, geçmişten bağımsız, rastgele kuantum geçişlerini izlememize izin veren ve benzersiz bir şekilde açıklanan bir sinüsoidal voltajlı voltajlı volekasyon sürecini izlememize izin vermek için ultra yüksek vakumda ev yapımı, düşük sıcaklık (8 K) STM kullandık.”
“Zamanında üstel bir çürümeye karşılık gelen rektifikasyon akımının frekans tepkisinde Lorentzian benzeri bir geçişin, geçiş frekansını popülasyon gevşeme süresiyle ilişkilendiren kuantum stokastik dinamiklerine uyduğu gösterilmiştir.”
Ho ve meslektaşları tarafından toplanan sonuçlar, kuantum stokastik düzeltme süreçlerinin bireysel moleküllerin kuantum stokastikliğini araştırmak için kaldırılabileceğini göstermektedir. Araştırmacılar, yöntemlerini kullanarak, atomik ölçekte tek bir pirolidin molekülünde meydana gelen hızlı süreçleri, STM elektroniği takip etmek için çok kısa süreler boyunca araştırabildiler.
Ho, “Rastgele kuantum gürültüsünün sinüzoidal periyodik bir tahrikle modüle ederek sinyalleri nasıl artırabileceğini anlamak, potansiyel olarak kuantum cihazlar için çevreye bağlı hatalarla mücadele etmeye yardımcı olabilir.” Dedi. “Metodolojik açıdan bakıldığında, frekansa bağlı düzeltme spektroskopimiz, enstrümantasyon gereksinimlerini önemli ölçüde basitleştiren bir sinüzoidal periyodik tahrik kullanarak iki seviyeli sistemlerde hızlı gevşeme süreçlerini araştırmak için güçlü bir yöntem sunar.”
Gelecekte, Ho ve meslektaşları tarafından kullanılan deneysel yöntemler, diğer araştırma ekipleri tarafından bireysel moleküllerin dinamiklerini incelemek için kullanılabilirken, potansiyel olarak kuantum durumlarının çevreleyen ortamla etkileşiminden kaynaklanan hataları azaltarak kuantum teknolojilerini ilerletmeye yardımcı olabilir. Bir sonraki çalışmalarının bir parçası olarak, araştırmacılar THz frekanslarına yaklaşımlarını genişleterek pikosaniye ölçeğinde tek moleküllü dinamikleri araştırmayı planlıyorlar.
Ho, “Titreşimsel gevşeme ve proton hareketleri gibi ultra hızlı süreçleri ölçmenin yanı sıra, tek molekülleri inceleme yöntemimiz, kuantum sistemlerinin temel ama büyük ölçüde keşfedilmemiş bir yönü olan stokastiklik ve tutarlılık arasındaki ilişkiyi ortaya çıkarabilir.” “Bu iki fenomen genellikle bir arada var, ancak mevcut teknikler onları aynı anda araştırmak için mücadele etti.”
Yazarımız Ingrid Fadelli tarafından yazılan, Lisa Lock tarafından düzenlenen ve Andrew Zinin tarafından gerçekleştirilmiş ve gözden geçirilen-bu makale dikkatli insan çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse, lütfen bir bağış (özellikle aylık) düşünün. Alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesap.
