در هم تنیدگی ۳۰۰۰ اتم با یک فوتون

فیزیکدانان دانشگاه MIT و دانشگاه بلگراد (University of Belgrade) تکنیکی جدید را جهت در هم تنیدن ۳۰۰۰ اتم به وسیله تنها یک فوتون ابداع کرده اند.

این تصویر هنری در هم تنیدگی تعداد زیادی از اتم ها را با بصورت متقابل نشان می دهد.

به گزارش بیگ بنگ، نتایج انتشار یافته، نشان دهنده ی بیشترین تعداد ذراتی است که طی یک آزمایش در هم تنیده شدند. این تکنیک با ایجاد همبستگی بی سابقه ای، روشی جدید را جهت ساخت ساعتهای اتمی دقیقتر ارائه می کند. در هم تنیدگی کوانتومی (Quantum entanglement) که تأثیر همزمان تغییرات بر دو ذره – در مقیاس نانو – بدون توجه به فاصله آنهاست، ورای قوانین مکانیک کلاسیک عمل می کند.
دانشمندان در تلاش برای یافتن روشهایی جهت در هم تنیدن تعداد بالای اتمها به منظور ساخت کامپیوترهای قدرتمند کوانتومی و ساعتهای اتمی بسیار دقیق هستند، در حالیکه بهترین ساعتهای اتمی موجود بر اساس نوسانات طبیعی در ابر یک اتم گیر افتاده عمل می کنند؛ ساعتهایی که اگر از بیگ بنگ تا بحال کار کنند، زیر یک دقیقه خطا دارند. دقت ساعتهای اتمی موجود، متناسب با مجذور تعداد اتمهاست. اما در صورت در هم تنیدن اتمها می توان تناسبی یک به یک میان تعداد اتمها و دقت ساعت برقرار نمود، که این دستاوردی عالی است.

طرحی که برای در هم تنیدگی ۳۰۰۰ اتم با یک فوتون استفاده شد.

تا پیش از این تمامی تلاشها جهت در هم تنیدن اتمها بدانجا رسیده بود که تنها یک تیم موفق به در هم تنیدن ۱۰۰ اتم شده بود. حال با بکارگیری لیزر بسیار ضعیف این میزان تا ۳۰۰۰ عدد افزایش یافته است. با کاهش قدرت لیزر، در هم تنیدگی بهتری حاصل می شود، زیرا ابر اتمی، آشفتگی کمتری داشته و بی نقصی کوانتومی سیستم بالا می رود. این تیم با سرد کردن ابر اتمها، آنها را در یک تله لیزری گیر انداخته و باریکه ضعیف لیزر را به درون ابر هدایت نمودند. آنگاه بوسیله یک آشکارساز دنبال فوتونی خاص در باریکه می گردند. اگر فوتونی بدون برهمکنش از میان ابر اتمی عبور کند، قطبش، یا جهت نوسان آن ثابت می ماند.
فوتون های برهمکنش داشته با اتمها اما، تغییر قطبش کوچکی خواهند داشت، که حاصل تأثیر ‘نوفه کوانتومی’ (Quantum noise) – اختلاف تعداد اتمهای ساعتگرد و پادساعتگرد – است. گهگاه فوتونی خروجی با میدان الکتریکی عمود بر میدان الکتریکی فوتونهای ورودی مشاهده می شود. این همان جایی است که می توان حالت در هم تنیده بسیار قدرتمندی را ایجاد نمود. نتایج این پژوهش در Nature منتشر شده است.

ترجمه: حامد احدی / سایت علمی بیگ بنگ

انجمن فیزیک هوپا