رمزگشایی از یک معمای قدیمی از مکانیک کوانتومی

به گزارش سرویس مجله خبر ناب به نقل از همشهری - یکتا فراهانی: در جهانی که رفتار ذرات زیراتمی با قوانین عادی فیزیک نمی خواند، دانشمندان به تازگی موفق شده اند یکی از پیچیده ترین پدیده های این دنیا را به تصویر بکشند: درهم تنیدگی کوانتومی. پژوهشگران دانشگاه اتاوا با همکاری دانشگاه ساپینزای رم، با بهره گیری از فناوری پیشرفته تصویربرداری و مفهومی وام گرفته از هولوگرافی دیجیتال، توانسته اند برای نخستین بار وضعیت کوانتومی دو فوتون درهم تنیده را در زمان واقعی (Real-Time) بازسازی کنند. این فناوری نه تنها سرعتی هزاران برابر روش های پیشین دارد، بلکه محدودیتی نسبت به پیچیدگی سیستم ندارد؛ دستاوردی که می تواند راهگشای نسل بعدی از رایانه ها و ارتباطات کوانتومی باشد.

درهم تنیدگی کوانتومی

برای درک بهتر درهم تنیدگی، تصور کنید دولنگه کفش در جعبه ای قرار دارند. اگر یکی را به طور تصادفی بردارید و بفهمید لنگه چپ است، فوراً می دانید آن یکی لنگه راست است؛ حتی اگر هزاران کیلومتر دورتر باشد. اما آنچه در فیزیک کوانتومی جالب است، این است که تا لحظه مشاهده، نمی توان با قطعیت گفت کدام لنگه را در دست دارید و این یعنی عدم قطعیتت ذاتی.

تابع موج؛ کلید فهم حالت های کوانتومی

تابع موج در فیزیک کوانتومی همان ابزاری است که اطلاعاتی از موقعیت، سرعت، اسپین و دیگر ویژگی های ذره را در خود دارد. در مورد فوتون ها نیز این تابع می تواند رفتار احتمالی آن ها را در آزمایش های مختلف پیش بینی کند؛ مسئله ای اساسی در توسعه رایانه های کوانتومی، مخابرات کوانتومی و تصویربرداری کوانتومی.

توموگرافی کوانتومی

بازسازی حالت کوانتومی کامل ذرات معروف به توموگرافی کوانتومی، با روش های سنتی مبتنی بر «اندازه گیری های پرژکتیو»، نیازمند هزاران اندازه گیری از زوایای مختلف است. این فرایند نه تنها زمان بر است، بلکه در سیستم های پیچیده تر با ابعاد بالا، غیرعملی و بسیار حساس به نویز است.

ورود هولوگرافی دیجیتال به قلمرو کوانتوم

در اپتیک کلاسیک، تکنیکی به نام «هولوگرافی دیجیتال» وجود دارد که تنها با یک تصویر تداخلی (interferogram) می توان اطلاعات سه بعدی یک جسم را بازسازی کرد. پژوهشگران تیم دانشگاه اتاوا با رهبری دکتر ابراهیم کریمی، استاد دانشگاه و مدیر پژوهشگاه NexQT، موفق شدند این روش را به دنیای فوتون های کوانتومی گسترش دهند.

در این روش، دو فوتون – یکی با حالت شناخته شده و دیگری باحالت ناشناخته – با هم ترکیب و تصویر همزمان برخورد آن ها در حسگر دوربین ثبت می شود. این تصویر حاوی الگوهای تداخلی است که می توان از آن ها تابع موج فوتون های ناشناخته را بازسازی کرد.

دوربینی بادقت نانوثانیه

عنصر کلیدی این موفقیت، دوربینی است که می تواند بادقت نانوثانیه ای در هر پیکسل، حضور فوتون ها را ثبت کند. دکتر السیو دِریکو، از نویسندگان مقاله، می گوید: این روش نه تنها سرعتی هزاران برابر بیشتر دارد، بلکه با افزایش پیچیدگی سیستم، زمان بازسازی تغییر نمی کند – راه حلی برای یکی از بزرگ ترین موانع توموگرافی کوانتومی.

فناوری های نوین کوانتومی

کاربردهای این دستاورد صرفاً به نظریه محدود نمی شود. با این روش، می توان سیستم های کوانتومی پیچیده را سریع تر بررسی کرد، ارتباطات کوانتومی ایمن تری توسعه داد و حتی فناوری های نوینی در تصویربرداری پزشکی یا مخفی کاری نوری ایجاد کرد.

این خبر توسط سایت همشهری آنلاین منتشر شده و خبر ناب صرفا آن را به اشتراک گذاشته است.

منبع : همشهری آنلاین