ثبت رکورد کوانتومی با استفاده از یک فوتون

به گزارش ایسنا، این دستاورد که شامل بزرگترین تعداد ذرات درهم‌تنیده شده در یک آزمایش است، می‌تواند منجر به ساعت‌های اتمی دقیق‌تر شده و به ارتقای جی‌پی‌اس کمک کند.

 

در حالت درهم‌تنیدگی کوانتومی، رفتار اتم‌ها با هم مرتبط باقی می‌ماند، حتی اگر در جهات مخالف جهان قرار داشته باشند.

 

رفتار همه ذرات شناخته شده توسط فیزیک کوانتوم قابل توضیح است. ویژگی اصلی فیزیک کوانتوم این است که جهان در کوچکترین سطوح خود به یک محل مبهم فراواقعی تبدیل می‌شود. برای مثال، اتم‌ها و سایر اجزای سازنده بنیادی جهان در حقیقت در حالت‌های شار موسوم به برهم‌نهی وجود دارند، به این معنی که آن‌ها ظاهرا می‌توانند به یکباره در دو جا یا بیشتر قرار داشته باشند.

 

یکی از عواقب فیزیک کوانتومی، درهم‌تنیدگی کوانتومی است که در آن چندین ذره می‌توانند اساسا بر یکدیگر بطور همزمان و بدون نظر گرفتن فاصله تاثیر بگذارند. اینشتین این ارتباط به ظاهر غیر ممکن را با نامیدن آن به عنوان یک «اقدام شبح‌وار در فاصله» رد کرد، اما تجربیات زیادی ثابت کرده‌اند که درهم‌تنیدگی کوانتومی واقعی است و ممکن است به عنوان بنیاد فناوری‌های پیشرفته آینده مانند رایانه‌های کوانتومی فوق قوی و کدگذاری غیرقابل هک کوانتومی عمل کند.

 

یکی از کاربردهای کلیدی درهم‌تنیدگی کوانتومی، تولید ساعت های کوانتومی بسیار دقیق است که برای جی‌پی‌اس‌ها اهمیتی حیاتی دارند. بهترین ساعت‌های اتمی امروزی بر نوسانات مشاهده شده در ابری از اتم‌های اسیر شده مبتنی هستند که آن‌ها را وادار به حرکت پاندول‌وار و ارائه یک ضربه ثابت می‌کند.

 

یک پرتو لیزری که از میان چنین ابری شلیک می‌شود، می‌تواند ارتعاشات اتم ها را شناسایی کرده و از آن‌ها برای اعلام زمان استفاده کند. دقت ساعت‌های اتمی با نوسان یافتن اتم‌های بیشتر درون ابر ارتقا می‌یابد. از آنجایی که درهم‌تنیده کردن اتم ها باعث مرتبط شدن رفتار آن‌ها می‌شود، با افزایش میزان درهم تنیدگی اتم‌ها، نوسان آن‌ها بیشتر شده و کاربرد آن‌ها در تنظیم زمان نیز ارتقا می‌یابد.

 

تاکنون دانشمندان حداکثر توانسته بودند 100 اتم را با یکدیگر درهم‌تنیده کنند؛ همچنین این اتم‌ها نمایشگر تنها کسر کوچکی از گروه بزرگتر اتم‌های موجود در آزمایش بودند.

 

اکنون دانشمندان MIT توانسته‌اند با موفقیت نزدیک به 3000 اتم را درهم‌تنیده کنند که تقریبا کل مجموعه 3100 اتمی را که جزئی از آن بودند، شامل می‌شود؛ علاوه بر آن، این کار توسط تنها یک فوتون انجام شد.

 

محققان ابتدا ابری از اتم های روبیدیوم را تا 10 میلیونیوم یک درجه بالای صفر مطلق سرد کردند که سردترین دمای ممکن محسوب می‌شود. آن‌ها سپس اتم‌ها را بین دو آینه تقریبا شفاف گیر انداخته و پالس‌های لیزری ضعیف را از میان یکی از آینه‌ها تاباندند. این پالس‌ها حاوی یک فوتون بودند و حدود 5000 بار از میان ابر اتم ها بین دو آینه به عقب و جلو نوسان داشتند.

 

می‌توان فوتون را به عنوان یک نوسان موجی در فضا در نظر گرفت و اگر فوتون در یکی از پالس‌های لیزر از میان ابر بدون تعامل با هیچکدام از اتم‌ها عبور کند، قطبیت فوتون به همان شکل باقی می‌ماند؛ اما اگر این فوتون با اتم‌های درون ابر تعامل برقرار کند، قطبیت آن به آرامی می‌چرخد. جالب اینجاست که در عالم کوانتوم، عمل سنجش می‌تواند بطور چشمگیری بر جسم سنجیده شده تاثیر بگذارد و عمل شناسایی یک فوتون که با این اتم‌ها تعامل دارد، می‌تواند اساسا بین اتم‌ها درهم‌تنیدگی ایجاد کند.

 

کلید موفقیت دانشمندان در این تحقیق، استفاده از پالس‌های بسیار ضعیف نور بود؛ دانشمندان بر این باورند که احتمالا درهم‌تنیده کردن اتم‌های بیشتر نیز ممکن خواهد بود.

 

آن‌ها اکنون از این روش شناسایی تک فوتونی برای ساخت یک ساعت اتمی فوق پیشرفته استفاده می‌کنند که می‌تواند تنظیم زمان را تا دو برابر ارتقا بخشد. علاوه بر آن، محققان قصد دارند به حالت‌های درهم‌تنیده پیچیده‌تری دست یابند که برای کاربردهایی مانند محاسبات کوانتومی ضروری است.

 

این دستاورد در مجله نیچر منتشر شده است.

No tags for this post.