دانشمندان یک فوتون را سه قسمت کردند

به گزارش ایسنا و به نقل از فیز، محققان انستیتوی محاسبات کوانتومی(IQC) در دانشگاه واترلو از وقوع اولین تقسیم مستقیم یک فوتون به سه قسمت خبر دادند.

این رخداد که در نوع خود برای اولین بار است انجام می‌شود، از روش تبدیل پارامتری خود به خودی(SPDC) در اپتیک کوانتومی یا نورشناسی کوانتومی استفاده کرد و آنچه را که محققان اپتیک کوانتومی آن را "حالت غیر گاوسی نور"( non-Gaussian state of light) می‌نامند، ایجاد کرد. نور غیر گاوسی یک جزء مهم برای به دست آوردن یک منفعت کوانتومی محسوب می‌شود.

نورشناسی کوانتومی یا نورشناخت کوانتومی(Quantum Optics) شاخه‌ای از فیزیک است که رفتار نور را به عنوان یک موجود کوانتومی با رفتاری کاملاً کوانتومی بررسی می‌کند. نورشناخت کوانتومی در واقع به مطالعه جنبه‌هایی از نور در حوزه مکانیک کوانتوم می‌پردازد.

"کریس ویلسون" محقق اصلی این مطالعه در دانشکده IQC گفت: دریافتیم که محدودیت‌هایی برای نوع درهم‌تنیدگی ایجاد شده با نسخه دو فوتونی وجود دارد، اما این نتایج اساس یک الگوی جدید هیجان انگیز از نور کوانتومی سه فوتونی را تشکیل داد.

وی افزود: با توجه به این که این تحقیق توانایی تقسیم یک فوتون را به دو فوتون در هم‌تنیده به ما می‌دهد، ما خوشبین هستیم که پنجره جدیدی از اکتشافات را به روی جهان باز کرده باشیم.

در هم تنیدگی کوانتومی می‌گوید در سامانه‌های مرکب با وضعیت‌هایی مواجه می‌شویم که در آن اجزای سامانه دارای هیچ ویژگی نیستند، بلکه فقط سامانه کل دارای دسته‌ای از ویژگی‌ها است. به زبان ساده و به عنوان اولین مثال تاریخی، درهم‌تنیدگی، جفت شدن خواص مکانیکی دو ذره است، ذراتی که پیش‌تر با یکدیگر در اندرکنش بوده و سپس از یکدیگر جدا شده‌اند، به دلیل دارا بودن ویژگی درهم‌تنیدگی مشاهده اولین ذره منجر به تغییر آنی ذره دوم می‌شود. در هم تنیدگی برای ذراتی همچون فوتون ها، الکترون ها و حتی مولکول‌ها رخ می‌دهد. این اندرکنش فیزیکی مربوط به خواصی نظیر مکان، تکانه، اسپین و قطبش و غیره است، به گونه‌ای که با تعیین هر یک از خواص برای یکی از دو ذره همان خاصیت در دیگری تعیین می‌شود. به عبارت دیگر هر یک از ذرات جفت شده به خوبی توسط حالت کوانتومی مشابه توصیف می‌شوند.

"ویلسون" ادامه داد: نسخه دو فوتونی بیش از 30 سال است که یک موتور محرک برای تحقیقات کوانتومی است. ما فکر می‌کنیم سه فوتون بر محدودیت‌ها غلبه کرده و تحقیقات نظری و کاربردهای آزمایشی را پیش می‌برد و امیدواریم که توسعه محاسبات کوانتومی نوری با استفاده از واحدهای ابررسانا انجام شود.

"ویلسون" از فوتون‌های مایکروویو برای افزایش محدودیت‌های شناخته شده "SPDC" استفاده کرد و در اجرای آزمایشی از یک تشدیدکننده پارامتری ابررسانا استفاده کرد. نتیجه به وضوح رابطه قوی بین سه فوتون تولید شده در فرکانس‌های مختلف را نشان داد. کار  بیشتری در حال انجام است که نشان دهد فوتون‌ها درهم‌تنیده یا گرفتار شده‌اند.

"ویلسون" گفت: حالت‌ها و عملیات‌های غیر گاوسی یک جزء مهم برای به دست آوردن منفعت کوانتومی هستند. شبیه سازی و مدل سازی کلاسیک آنها بسیار دشوار است و کارهای نظری اندکی برای این منظور انجام شده است.

این مطالعه در مجله Physical Review X منتشر شده است.