- إنضم
- 17/9/22
- المشاركات
- 6,745
- التفاعلات
- 15,032
يُظهر "يين يانغ" الكمي فوتونين متشابكين في الوقت الفعلي
ويمكن استخدام هذه التجربة المذهلة، التي تعيد بناء خصائص الفوتونات المتشابكة من نمط تداخل ثنائي الأبعاد، لتصميم أجهزة كمبيوتر كمومية أسرع.
إعادة بناء صورة ثلاثية الأبعاد لاثنين من الفوتونات المتشابكة (حقوق الصورة: Nature Photonics, Zia et al.)
استخدم العلماء تقنية هي الأولى من نوعها لتصور جزيئين ضوئيين متشابكين في الوقت الفعلي، مما جعلهما يظهران كرمز كمي مذهل "يين يانغ".
تستخدم الطريقة الجديدة، التي تسمى التصوير المجسم الرقمي ثنائي الفوتون، كاميرا فائقة الدقة ويمكن استخدامها لتسريع القياسات الكمومية المستقبلية بشكل كبير.
نشر الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في 14 أغسطس في مجلة Nature Photonics.
التشابك الكمي - العلاقة الغريبة بين جسيمين متباعدين، والذي اعترض عليه ألبرت أينشتاين باعتباره "فعلًا شبحيًا على مسافة" - يمكّن جسيمين ضوئيين، أو فوتونين، من أن يصبحا مرتبطين ببعضهما البعض بشكل لا ينفصم، فى حالة تشابك كمي بحيث يؤدي التغيير إلى أحدهما إلى . التغيير في الآخر مهما كانت المسافة بينهما.
للقيام بتنبؤات دقيقة حول جسم كمي، يحتاج الفيزيائيون إلى إيجاد الدالة الموجية له: وصف لحالته الموجودة في تراكب لجميع القيم الفيزيائية المحتملة التي يمكن أن يأخذها الفوتون. يجعل التشابك العثور على الدالة الموجية لجسيمين متصلين تحديًا، حيث أن أي قياس لأحدهما يسبب أيضًا تغييرًا فوريًا في الآخر.
عادة ما يقترب الفيزيائيون من هذه العقبة من خلال طريقة تعرف باسم التصوير المقطعي الكمي. ومن خلال أخذ حالة كمية معقدة وتطبيق إسقاط عليها، قاموا بقياس بعض الخصائص التي تنتمي إلى تلك الحالة، مثل استقطابها أو زخمها، بمعزل عن الآخرين.
من خلال تكرار هذه القياسات على نسخ متعددة من الحالة الكمومية، يمكن للفيزيائيين بناء إحساس بالأصل من شرائح ذات أبعاد أقل - مثل إعادة بناء شكل كائن ثلاثي الأبعاد من الظلال ثنائية الأبعاد التي يلقيها على الجدران المحيطة.
توفر هذه العملية جميع المعلومات الصحيحة، ولكنها تتطلب أيضًا الكثير من القياسات وتنتج عددًا كبيرًا من الحالات "غير المسموح بها" التي لا تتبع قوانين الفيزياء في البداية. وهذا يترك العلماء أمام مهمة شاقة تتمثل في التخلص من الحالات غير المنطقية وغير المادية، وهو جهد قد يستغرق ساعات أو حتى أيامًا اعتمادًا على مدى تعقيد النظام.
للتغلب على هذه المشكلة، استخدم الباحثون التصوير المجسم لتشفير المعلومات من الأبعاد الأعلى إلى أجزاء يمكن التحكم فيها وذات أبعاد أقل.
تستخدم الصور المجسمة الضوئية شعاعين ضوئيين لإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد: يضرب أحدهما الجسم ويرتد عنه، بينما يضيء الآخر على وسط التسجيل. يتشكل الهولوغرام من نمط تداخل الضوء، أو النمط الذي تجمع فيه القمم والقيعان لموجتي الضوء أو تلغي بعضها البعض. استخدم الفيزيائيون طريقة مشابهة لالتقاط صورة لحالة الفوتون المتشابكة من خلال نمط التداخل الذي صنعوه مع حالة أخرى معروفة. ومن ثم، من خلال التقاط الصورة الناتجة بكاميرا دقيقة بالنانو ثانية، قام الباحثون بتفكيك نمط التداخل الذي تلقوه - وكشفوا عن صورة يين يانغ مذهلة للفوتونين المتشابكين.
وقال المؤلف المشارك في الدراسة أليسيو ديريكو، زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة أوتاوا في كندا، في بيان: "هذه الطريقة أسرع بشكل كبير من التقنيات السابقة، وتتطلب دقائق أو ثواني فقط بدلا من أيام".
ويمكن استخدام هذه التجربة المذهلة، التي تعيد بناء خصائص الفوتونات المتشابكة من نمط تداخل ثنائي الأبعاد، لتصميم أجهزة كمبيوتر كمومية أسرع.
إعادة بناء صورة ثلاثية الأبعاد لاثنين من الفوتونات المتشابكة (حقوق الصورة: Nature Photonics, Zia et al.)
استخدم العلماء تقنية هي الأولى من نوعها لتصور جزيئين ضوئيين متشابكين في الوقت الفعلي، مما جعلهما يظهران كرمز كمي مذهل "يين يانغ".
تستخدم الطريقة الجديدة، التي تسمى التصوير المجسم الرقمي ثنائي الفوتون، كاميرا فائقة الدقة ويمكن استخدامها لتسريع القياسات الكمومية المستقبلية بشكل كبير.
نشر الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في 14 أغسطس في مجلة Nature Photonics.
التشابك الكمي - العلاقة الغريبة بين جسيمين متباعدين، والذي اعترض عليه ألبرت أينشتاين باعتباره "فعلًا شبحيًا على مسافة" - يمكّن جسيمين ضوئيين، أو فوتونين، من أن يصبحا مرتبطين ببعضهما البعض بشكل لا ينفصم، فى حالة تشابك كمي بحيث يؤدي التغيير إلى أحدهما إلى . التغيير في الآخر مهما كانت المسافة بينهما.
للقيام بتنبؤات دقيقة حول جسم كمي، يحتاج الفيزيائيون إلى إيجاد الدالة الموجية له: وصف لحالته الموجودة في تراكب لجميع القيم الفيزيائية المحتملة التي يمكن أن يأخذها الفوتون. يجعل التشابك العثور على الدالة الموجية لجسيمين متصلين تحديًا، حيث أن أي قياس لأحدهما يسبب أيضًا تغييرًا فوريًا في الآخر.
عادة ما يقترب الفيزيائيون من هذه العقبة من خلال طريقة تعرف باسم التصوير المقطعي الكمي. ومن خلال أخذ حالة كمية معقدة وتطبيق إسقاط عليها، قاموا بقياس بعض الخصائص التي تنتمي إلى تلك الحالة، مثل استقطابها أو زخمها، بمعزل عن الآخرين.
من خلال تكرار هذه القياسات على نسخ متعددة من الحالة الكمومية، يمكن للفيزيائيين بناء إحساس بالأصل من شرائح ذات أبعاد أقل - مثل إعادة بناء شكل كائن ثلاثي الأبعاد من الظلال ثنائية الأبعاد التي يلقيها على الجدران المحيطة.
توفر هذه العملية جميع المعلومات الصحيحة، ولكنها تتطلب أيضًا الكثير من القياسات وتنتج عددًا كبيرًا من الحالات "غير المسموح بها" التي لا تتبع قوانين الفيزياء في البداية. وهذا يترك العلماء أمام مهمة شاقة تتمثل في التخلص من الحالات غير المنطقية وغير المادية، وهو جهد قد يستغرق ساعات أو حتى أيامًا اعتمادًا على مدى تعقيد النظام.
للتغلب على هذه المشكلة، استخدم الباحثون التصوير المجسم لتشفير المعلومات من الأبعاد الأعلى إلى أجزاء يمكن التحكم فيها وذات أبعاد أقل.
تستخدم الصور المجسمة الضوئية شعاعين ضوئيين لإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد: يضرب أحدهما الجسم ويرتد عنه، بينما يضيء الآخر على وسط التسجيل. يتشكل الهولوغرام من نمط تداخل الضوء، أو النمط الذي تجمع فيه القمم والقيعان لموجتي الضوء أو تلغي بعضها البعض. استخدم الفيزيائيون طريقة مشابهة لالتقاط صورة لحالة الفوتون المتشابكة من خلال نمط التداخل الذي صنعوه مع حالة أخرى معروفة. ومن ثم، من خلال التقاط الصورة الناتجة بكاميرا دقيقة بالنانو ثانية، قام الباحثون بتفكيك نمط التداخل الذي تلقوه - وكشفوا عن صورة يين يانغ مذهلة للفوتونين المتشابكين.
وقال المؤلف المشارك في الدراسة أليسيو ديريكو، زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة أوتاوا في كندا، في بيان: "هذه الطريقة أسرع بشكل كبير من التقنيات السابقة، وتتطلب دقائق أو ثواني فقط بدلا من أيام".
