دانشمندان برای اولین بار موفق به ثبت تصویری از درهم تنیدگی کوانتومی شدند

برای اولین بار در تاریخ، دانشمندان موفق به ثبت یک تصویر از درهم تنیدگی کوانتومی (Quantum entanglement) شدند. در مقاله ای که در مجله Scientific Advances منتشر شده است، دانشمندان دانشگاه گلاسکو اولین تصویر ثبت شده از درهم تنیدگی بل را به اشتراک گذاشتند. این عکس دو فوتون نوری را نشان می دهد که جدا از فاصله ای که از هم دارند، برای لحظاتی با یکدیگر تعامل می کنند و ویژگی های فیزیکی شان را به اشتراک می گذارند.

آلبرت اینشتین درهم تنیدگی کوانتومی را «مرموز» توصیف کرده بود

در دنیای مکانیک کوانتوم، یک جفت نزدیک می توانند به دو قسمت تقسیم شده و به مقدار قابل توجهی از یکدیگر دور شوند، اما همچنان به طرز عجیبی با یکدیگر درهم تنیده باشند؛ حالتی آنقدر عجیب که آلبرت اینشتین خودش آن را «مرموز» توصیف کرده بود. واقعا هم مرموز است. حالا درهم تنیدگی کوانتومی برای اولین بار قابل مشاهده است. البته کمی عجیب است که چنین تصویری تا الان ثبت نشده بود، زیرا همین حالا هم از درهم تنیدگی بل در زمینه هایی مانند پردازش کوانتومی و رمزنگاری استفاده می شود.

این دانشمندان آزمایشی پیچیده طراحی کردند تا بتوانند چنین اتفاقی را در یک عکس ثبت کنند. یک جفت فوتون از یک لیزر پرتاب شدند و پس از جدا شدن، مسیرهای بسیار متفاوتی را طی کردند و سپس به وسیله یک دوربین مخصوص از آن ها عکس گرفته شد. عکس های گرفته شده به طور پیوسته فوتون ها را در حالتی نشان می داد که انگار متصل بودند و با تقلید از یکدیگر، یک حلقه تشکیل می دادند.

دکتر «Paul-Antoine Moreau» از دانشکده فیزیک و اخترشناسی دانشگاه گلاسکو، و یکی از نویسندگان این مقاله درباره تصویر ثبت شده گفته است: «تصویری که ما ثبت کردیم برای اولین بار و به زیبایی یکی از ویژگی های اساسی طبیعت را نمایش می دهد.»

همین حالا از درهم تنیدگی بل در پردازش کوانتومی و رمزنگاری استفاده می شود

برای درک بهتر این آزمایش، تصور کنید شما و یکی از دوستانتان به طور هم زمان وارد دو سرسره آبی متفاوت می شوید. سرسره دوستتان شامل یک مسیر باریک و مستقیم است و او تمام آن را در حالی که پاهایش رو به پایین قرار دارند طی می کند و به همین شکل هم وارد استخر می شود. اما سرسره شما مسیری پهن و پر پیچ و خم دارد و شما را آنقدر می چرخاند که دست آخر با سر به کف استخر برخورد می کنید. اما وقتی یک دوربین لحظه برخورد شما دو نفر به کف استخر را به طور هم زمان ثبت می کند، جهت جفتتان عینا شبیه وضعیتی است که سوار سرسره شده بودید.

این آزمایش در واقع شامل گرفتن چهار عکس مختلف از فوتون ها در حالتی بود که چهار تغییر فاز مختلف را تجربه می کردند. تصویر کامل را می توانید در زیر مشاهده کنید:درهم تنیدگی کوانتومی

جفت جدا شده دچار تغییر فاز مشابه می شد، با اینکه از کریستال مایع عبور نکرده بود

آنچه شاهدش هستیم ترکیبی از چند عکس مختلف است که از فوتون ها در حالی که مجموعه ای از چهار تغییر فاز مختلف را تجربه می کردند گرفته شده است. عملاً فیزیکدانان فوتون های درهم تنیده را از هم جدا کردند و یکی از پرتوها را از کریستال مایع ماده ای به نام بتا باریم بورات (β-Barium Borate) عبور دادند که منجر به چهار تغییر فاز شد. در همین حین، از جفت جدا شده به شکل هم زمان عکاسی کردند و متوجه شدند جفت جدا شده دچار تغییر فاز مشابهی می شد، با اینکه از کریستال مایع عبور نکرده بود.

در تصویر زیر کلیت آزمایش نشان داده شده است. پرتو در هم تنیده از گوشه پایین سمت چپ وارد می شود، سپس نصف جفت در هم تنیده که جدا شده به سمت چپ می رود و از چهار فیلتر تغییر فاز عبور می کند. دیگری مسیر مستقیم خود را بدون رد شدن از فیلترها طی می کند، اما دچار تغییر فازهای مشابه جفت خود می شود.

درهم تنیدگی کوانتومی

دوربین قادر بود از این دو فوتون به شکل هم زمان عکاسی کند و نشان دهد که با وجود جدا بودن، به طور یکسان تغییر کرده بودند. به عبارت دیگر، آن ها دارای درهم تنیدگی کوانتومی بودند.

با اینکه اینشتین درهم تنیدگی کوانتومی را به شهرت رساند، یک دانشمند دیگر به نام «جان استوارت بل» به تعریف درهم تنیدگی کوانتومی کمک کرد و آزمایشی به نام نابرابری بل (قضیه بل) را تعریف کرد. در واقع اگر موفق به رد این فرضیه شوید، درهم تنیدگی کوانتومی را تایید کرده اید.

این تیم در مقاله اش نوشته: «اینجا ما گزارش آزمایشی را می دهیم که توسط چند عکس نابربری بل را به چالش می کشد. این نتایج علاوه بر باز کردن راهی برای طرح های جدید تصویربرداری کوانتومی، وعده برنامه هایی برای اطلاعات کوانتومی بر اساس متغیرهای محیطی را نیز می دهد.»

متن کامل این آزمایش را می توانید در مجله Science Advances مطالعه کنید.

مطالب مرتبط

حل معمای نیم قرنی؛ دستاورد بزرگ محققان استرالیایی در رایانش کوانتومی

گروهی از محققان استرالیایی با حل تصادفی مساله ای که بیش از نیم قرن ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده بود، به دستاورد بزرگی در زمینه رایانش کوانتومی دست یافتند.مهندسان دانشگاه نیو ساوت ولز استرالیا (University of New South Wales Sydney) نظریه فیزیکدانی به نام «نیکولاس بلومبرگر» (Nicolaas Bloembergen) را اثبات کردند. وی سال... ادامه مطلب

چرا اینترنت کوانتومی را باید در فضا توسعه داد؟

اینترنت کوانتومی یکی از رؤیاهای طرفداران تکنولوژی بوده و در آن با بهره برداری از خصوصیات کوانتومی عجیب فوتون ها و الکترون ها، پیام ها به شکل کاملاً امن ارسال می شوند.خصوصیت فوق سبب می شود تا دولت ها، ارتش ها، بانک ها و مؤسسات مالی برای امن کردن تمام امورات خود از جمله قراردادها... ادامه مطلب

تله پورت کوانتومی برای اولین بار بین دو تراشه کامپیوتر انجام شد

محققان دانشگاه بریستول و دانشگاه فنی دانمارک برای اولین بار به تله پورت کوانتومی (Quantum teleportation) بین دو تراشه کامپیوتری دست یافتند. پژوهشگران در این آزمایش اطلاعات را از یک تراشه به تراشه دیگر بدون اتصال فیزیکی و الکترونیکی آنها ارسال کردند. این دستاورد درب های جدیدی را در حوزه کامپیوترهای کوانتومی و اینترنت کوانتومی... ادامه مطلب

ارتعاش کوانتومی برای اولین بار در دمای اتاق مشاهده شد

تیمی از محققان MIT و موسسه فدرال فناوری سوییس برای نخستین بار موفق به مشاهده ارتعاش کوانتومی در دمای اتاق شده اند؛ پدیده ای که تا کنون تنها در دماهای فوق سرد و به دقت کالیبره امکان پذیر بود.همانطور که فوتون کوچکترین واحد نور محسوب می شود، فونون هم کوچکترین واحد صدا یا ارتعاش محسوب می... ادامه مطلب

دو هزار گربه شرودینگر رکورد بزرگترین برهم‌نهی کوانتومی را شکستند

دنیای ماشین های کوانتومی با ذره هایی که می توانند در آن واحد دو حالت داشته و در فواصل طولانی در هم تنیدگی داشته باشند، برای ما که در دنیای فیزیک کلاسیک زندگی می کنیم گیج کننده است. در حالی که مرز بین این دو جهان هنوز به صورت دقیق مشخص نشده، دانشمندان با آزمایشی جدید... ادامه مطلب

نمونه اولیه نخستین رادار کوانتومی جهان با تلاش دانشمند ایرانی ساخته شد

تیمی متشکل از چهار محقق انستیتو علم و تکنولوژی اتریش به رهبری «شبیر برزنجه» محقق ایرانی، با استفاده از امواج مایکروویو در هم تنیده موفق به ساخت اولین رادار کوانتومی جهان شدند.این دستگاه از تعدادی عکس برای تشخیص اشیا اطرافش استفاده کرده و تنها مقادیر کمی تابش الکترومغناطیسی از خود ساطع می‌کند. رادار مذکور با... ادامه مطلب

ویجیاتو

نظرات ۱

وارد شوید

برای گفتگو با کاربران، وارد حساب کاربری خود شوید.

ورود

رمزتان را گم کرده‌اید؟