پروفسور ایرانی در های جدیدی به روی علم کوانتوم باز کرد! - مجله سایه

به گزارش خبرآنلاین اگر بخواهیم مفهوم در هم تنیدگی را به یک جفت کفش تشبیه کنیم، درهم تنیدگی را می توان به انتخاب یک کفش به صورت تصادفی تشبیه کرد. اگر شما یکی از کفش ها را شناسایی کنید، بدون توجه به موقعیت آن در دنیا، ماهیت کفش دیگر، فوراً تشخیص داده می گردد. با این حال، عامل مجذوب نماینده، 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 عنوان مثال، در مثال کفش، تابع موج کفش می تواند اطلاعاتی مانند چپ یا راست، مقدار، رنگ و ... را در بر داشته باشد. به طور دقیق تر، تابع موج دانشمندان کوانتومی را قادر می سازد تا نتایج احتمالی مقدار گیری های مختلف را روی یک موجود کوانتومی پیش بینی نمایند، 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 فراوری شده یا ورودی در یک رایانه کوانتومی امکان آزمایش خود رایانه را فراهم می نماید. علاوه بر این، حالت های کوانتومی مورد استفاده در محاسبات کوانتومی بسیار پیچیده هستند و موجودیت های زیادی 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 به عنوان توموگرافی حالت کوانتومی یا به طور خلاصه توموگرافی کوانتومی نیز شناخته می گردد. با رویکرد های استاندارد بر اساس عملیات پروژکتوری، یک توموگرافی کامل احتیاج به تعداد زیادی مقدار گیری دارد که با پیچیدگی سیستم به سرعت افزایش می یابد.

آزمایش های قبلی که با این رویکرد به وسیله گروه تحقیقاتی انجام شد، نشان داد که مشخص یا مقدار گیری حالت کوانتومی با ابعاد بالا دو فوتون درهم تنیده می تواند ساعت ها یا حتی روز ها طول بکشد. علاوه بر این، کیفیت نتیجه بسیار حساس به نویز است و به پیچیدگی تنظیمات آزمایشی بستگی دارد.

رویکرد مقدار 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 دیوار های مختلف پخش می گردد، در نظر گرفت. تنها چیزی که یک محقق می تواند ببیند سایه ها است و از آن ها می تواند شکل و شرایط جسم کامل را استنتاج کند. به عنوان مثال، در سی تی اسکن اسکن توموگرافی کامپیوتری، اطلاعات یک شی سه بعدی را می توان از مجموعه ای از تصاویر دو بعدی بازسازی کرد.

اما در اپتیک کلاسیک راه دیگری برای بازسازی یک شی سه بعدی وجود دارد. این هولوگرافی دیجیتال نامیده می گردد و بر اساس ثبت یک تصویر منفرد به نام تداخل نگاری است که با تداخل نور پراکنده شده به وسیله 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 به طور همزمان می رسند. تصویربرداری از ورود همزمان دو فوتون به عنوان یک تصویر تصادفی شناخته می گردد. این فوتون ها ممکن است از منبع مرجع یا منبع ناشناخته آمده باشند. مکانیک کوانتومی بیان می نماید که منبع فوتون ها قابل شناسایی نیست.

این منجر به یک الگوی تداخلی می گردد که می تواند برای بازسازی تابع موج ناشناخته استفاده گردد. این آزمایش به وسیله دوربین پیشرفته ای امکان پذیر شد که رویداد ها را با وضوح نانوثانیه بر روی هر پیکسل ثبت می نماید.

دکتر آلسیو د اریکو، عضو فوق دکتری در دانشگاه اتاوا و یکی از نویسندگان مقاله، مزایای بی شمار این رویکرد نوآورانه را برجسته می نماید: این روش به طور تصاعدی سریع تر از تکنیک های قبلی است و به جای روزها، تنها به دقیقه یا چند ثانیه احتیاج 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 شرایط کوانتومی، ارتباطات کوانتومی، و توسعه تکنیک های تازه تصویربرداری کوانتومی را دارد.

منبع: phys.org