محققان دانشگاه اتاوا با همکاري دانیلو زیا و فابیو اسکیارینو از دانشگاه ساپینزا رم، اخیراً تکنیک جدیدی را کشف کرده اند که امکان تجسم عملکرد موج دو فوتون درهم تنیده و ذرات بنیادی تشکیل دهنده نور را در حالت واقعی فراهم می کند.
به گزارش خبرآنلاین، اگر بخواهیم مفهوم در هم تنیدگی را به یک جفت کفش تشبیه کنیم، درهم تنیدگی را میتوان به انتخاب یک کفش به صورت تصادفی تشبیه کرد. اگر شما یکی از کفش ها را شناسایی کنید، بدون توجه به موقعیت آن در جهان، ماهیت کفش دیگر، فوراً تشخیص داده می شود. با این حال، عامل جذاب، عدم قطعیت ذاتی مرتبط با فرآیند شناسایی تا لحظه دقیق مشاهده است.
تابع موج، یک اصل مرکزی در مکانیک کوانتومی، درک جامعی از حالت کوانتومی ذره ارائه می دهد. به طورمثال، در مثال کفش، «تابع موج» کفش میتواند اطلاعاتی مانند چپ یا راست، اندازه، رنگ و غیره را در بر داشته باشد. به طور دقیق تر ، تابع موج دانشمندان کوانتومی را قادر می سازد تا نتایج احتمالی اندازه‌گیری های مختلف را روی یک موجود کوانتومی پیش بینی کنند، به عنوان مثال. موقعیت، سرعت و غیره.
این قابلیت پیش بینی بسیار ارزشمند است، به ویژه در زمینه فناوری کوانتومی که به سرعت در حال پیشرفت است، جایی که دانستن یک حالت کوانتومی تولید شده یا ورودی در یک رایانه کوانتومی امکان آزمایش خود رایانه را فراهم می کند. علاوه‌براین، حالت های کوانتومی مورد استفاده در محاسبات کوانتومی بسیار پیچیده هستند و موجودیت های زيادي را در بر می گیرند که ممکن است درهم تنیدگی قوی از خود نشان دهند.
دانستن عملکرد موج چنین سیستم کوانتومی یک کار چالش برانگیز است، این بعنوان توموگرافی حالت کوانتومی یا بطور خلاصه توموگرافی کوانتومی نیز شناخته می شود. با رویکردهای استاندارد بر اساس عملیات پروژکتوری، یک توموگرافی کامل نیاز به تعداد زیادی اندازه گیری دارد که با پیچیدگی سیستم به سرعت افزایش می یابد.
آزمایش های قبلی که با این رویکرد توسط گروه تحقیقاتی انجام شد، نشان داد که تعیین یا اندازه‌گیری حالت کوانتومی با ابعاد بالا دو فوتون درهم تنیده میتواند ساعت ها یا حتی روزها طول بکشد. علاوه‌براین، کیفیت نتیجه بسیار حساس به نویز است و به پیچیدگی تنظیمات آزمایشی بستگی دارد.
رویکرد اندازه گیری تصویری برای توموگرافی کوانتومی را می توان به عنوان نگاه کردن به سایه های یک جسم با ابعاد بالا که از جهات مستقل بر روی دیوارهای مختلف پخش می شود، در نظر گرفت. تنها چیزی که یک محقق می تواند ببیند سایه ها است و از آن ها میتواند شکل و وضعیت جسم کامل را استنتاج کند. به عنوان مثال ، در سی تی اسکن «اسکن توموگرافی کامپیوتری»، اطلاعات یک شی سه بعدی را میتوان از مجموعه ای از تصاویر دو بعدی بازسازی کرد.
ولی در اپتیک کلاسیک راه دیگری برای بازسازی یک شی سه بعدی وجود دارد. این هولوگرافی دیجیتال نامیده می شود و بر اساس ثبت یک تصویر منفرد به نام تداخل نگاری است که با تداخل نور پراکنده شده توسط جسم با نور مرجع به دست می آید.
این تیم به سرپرستی ابراهیم کریمی، رئیس پژوهشی کانادا در امواج کوانتومی ساختاریافته، مدیر مشترک مؤسسه تحقیقاتی فناوری های کوانتومی «Nexus «NexQT و دانشیار دانشکده علوم، این مفهوم را به دو فوتون تعمیم داد.
بازسازی یک حالت دو فوتونی مستلزم قرار دادن آن با یک حالت کوانتومی احتمالاً شناخته شده، و سپس تجزیه و تحلیل توزیع فضایی موقعیت هایی است که دو فوتون بطور همزمان می رسند. تصویربرداری از ورود همزمان دو فوتون بعنوان یک تصویر تصادفی شناخته می شود. این فوتون ها ممکن است از منبع مرجع یا منبع ناشناخته آمده باشند. مکانیک کوانتومی بیان می کند که منبع فوتون ها قابل شناسایی نیست.
این منجر به یک الگوی تداخلی می شود که میتواند برای بازسازی تابع موج ناشناخته استفاده شود. این آزمایش توسط دوربین پیشرفته ای امکان پذیر شد که رویدادها را با وضوح نانوثانیه بر روی هر پیکسل ثبت می کند.
دکتر آلسیو د اریکو، عضو فوق دکتری در دانشگاه اتاوا و یکی از نویسندگان مقاله، مزایای بی شمار این رویکرد نوآورانه را برجسته می کند: «این روش بطور تصاعدی سریعتر از تکنیک های قبلی است و به جای روزها، تنها به دقیقه یا چند ثانیه نیاز دارد. نکته مهم این است که زمان تشخیص تحت تأثیر پیچیدگی سیستم نیست.»
تأثیر این تحقیق فراتر از جامعه دانشگاهی است. این پتانسیل برای سرعت بخشیدن به پیشرفت های فناوری کوانتومی، مانند بهبود خصوصیات وضعیت کوانتومی، ارتباطات کوانتومی، و توسعه تکنیک های جدید تصویربرداری کوانتومی را دارد.
- 11
- 3
