تحكم كمّي آني أمثل في الحركة الميكانيكية عند درجة حرارة الغرفة

تُعَد القدرة على التحكم بدقة في ديناميكيات الأنظمة الفيزيائية بالقياس والتغذية العكسية إحدى ركائز الهندسة الحديثة. وفي الوقت الحاضر، يقتضي الطلب المتزايد على التقنيات الكمية التطبيقية مواءمة هذا المستوى من التحكُّم مع أنظمة كمية مُفردة. غير أنَّ تحقيق هذا بطريقة مُثلى يُعَد مهمة صعبة تعتمد على قياسات تحدها قيود كميّة وخوارزميات مُصمَّمة خصيصًا لتقدير الحالة الكمية، ولتوفير التغذية العكسية. وحتى الآن، تضمنت التطبيقات الناجحة في هذا الصدد تجارب على مستوى أنظمة بصرية وذرية.  

في هذا البحث المنشور، يستعرض الباحثون تحكُّمًا آنيًّا أَمثَل في المسار الكمي لجسيم نانوي محبوس في مصيدة ضوئية. تمزج تقنية الباحثين بين استشعار الموضع استشعارًا متحد البؤر بالقرب من حد هايزنبرج، وتقديرٍ أمثل للحالة عَبر خوارزمية "ترشيح كالمان" لتتبُّع حركة الجسيم آنيًّا في فضاء طوري، بدرجة من عدم اليقين في تحديد الموضع تساوي 1.3، مضروبًا في قيمة تقلُّب الطاقة عند نقطة الصفر. وتمكِّن التغذية العكسية المُثلى الباحثين من تثبيت هزَّازٍ توافقي كَمّي عند مقدار شَغلٍ متوسط (أي عدد الجسيمات التي تشغل حالة كمِّية معينة) يساوي 0.56 ± 0.02 كوانتا، ليحققوا بذلك تبريدًا كميًّا عند الحالة القاعية التي تستقر عندها الطاقة من درجة حرارة الغرفة.

 يرسي عمل الباحثين خوارزمية "ترشيح كالمان" كطريقة ناجحة لتحقيق التحكم الكَمّي في الحركة الميكانيكية، وما تعد به من تطبيقات في عمليات الاستشعار على جميع النطاقات. وبالاقترانبتقنية التعليق الكمِّي في الهواء، يُمهد هذا العمل البحثي الطريق نحو تحكُّم كامل النطاق في ديناميكيات الحزمة الموجية لأجسام كمية عيانية صلبة في أنظمة خطية وغير خطية.