کشف تازه در هم تنیدگی کوانتومی: ثبت یکی از سریع ترین لحظات طبیعت - مرجع مقالات

در یک پژوهش پیشگام که در نشریه فیزیکال ریویو لترز (Physical Review Letters) منتشر شده، تیمی بین المللی از پژوهشگران پیروز شده اند با استفاده از شبیه سازی های پیچیده کامپیوتری لحظهٔ شروع درهم تنیدگی کوانتومی را با دنبال کردن رویدادهایی که تنها در چند اَتوثانیه - یا میلیاردیم میلیاردیم ثانیه - رخ می دهند، آشکار نمایند.

آنالیز لحظه ای که اتم به وسیله لیزر ضربه می بیند

این تحقیق روی اتم هایی متمرکز است که به وسیله پالس های لیزر قدرتمند برخورد می نمایند. با ضربه لیزر، یک الکترون از اتم جدا می گردد و الکترون دیگری به حالت انرژی بالاتری می رود. این دو الکترون سپس به حالت درهم تنیدگی کوانتومی می رسند و ویژگی های آنها به گونه ای درهم می آمیزد که نمی توان یکی را بدون دیگری توصیف کرد.

پژوهشگران به کشف جالبی دربارهٔ زمان بندی لحظهٔ جدایی الکترون ها از اتم دست یافتند. پروفسور یواخیم بورگدورفر (Joachim Burgdörfer) از دانشگاه فنی وین (Vienna University of Technology) در این زمینه شرح می دهد که زمان دقیق جدایی الکترونی که از اتم خارج می گردد اصولاً نامشخص است؛ به عبارتی الکترون خود نیز نمی داند که کی اتم را ترک نموده است. این الکترون در ابرموقعیت کوانتومی بین لحظات خروج زودتر و دیرتر واقع شده است، که به طور میانگین با فاصله ای حدود 232 اَتوثانیه از هم جدا هستند.

پروفسور ایوا برژینوا (Iva Březinová)، یکی دیگر از نویسندگان این پژوهش، شرح می دهد که الکترون به صورت ناگهانی از اتم خارج نمی گردد، بلکه مثل یک موج از اتم جاری می گردد که این فرایند مدتی طول می کشد. دقیقاً در طول این مرحله است که درهم تنیدگی اتفاق می افتد، که اثر آن بعداً با مشاهده دو الکترون قابل میزان گیری است.

نتایج کلیدی و روش های استفاده شده در تحقیق

پژوهشگران از ترکیب پالس های لیزر فرابنفش و نور فروسرخ برای مطالعه رفتار الکترون ها در هنگام جداشدن از اتم هلیوم استفاده کردند. تکنیک موسوم به ردگیری اَتوثانیه ای (attosecond streaking) به آنها این امکان را داد تا با دقتی فوق العاده رویدادهای فقط چند اَتوثانیه ای را میزان گیری نمایند.

تحقیق نشان داد که زمان بندی خروج الکترون به طور ذاتی نامشخص و به حالت الکترون به جای مانده در اتم وابسته است. اگر الکترون به جای مانده به سطح انرژی بالاتری برود، احتمالاً الکترون خروجی زودتر خارج شده است؛ و اگر در سطح انرژی پایین تری باقی بماند، خروج الکترون خروجی دیرتر بوده است.

این تفاوت های زمانی در حدود صدها اَتوثانیه به دانشمندان بینشی عمیق دربارهٔ رفتار کوانتومی داده و اهمیت زیادی در درک پدیده های کوانتومی دارد.

محدودیت ها و چشم میزانای آیندهٔ این پژوهش

این پژوهش عمدتاً مبتنی بر شبیه سازی های کامپیوتری و مدل های نظری است، اما پژوهشگران هم اکنون در حال همکاری با تیم های تجربی هستند تا بتوانند این درهم تنیدگی های فوق سریع را در شرایط آزمایشگاهی واقعی نیز اثبات نمایند. تکنولوژی فعلی به دستیابی به پالس های نوری دقیق برای این میزان گیری ها نزدیک است.

این پژوهش به طور بنیادی درک ما از فرآیندهای کوانتومی را تغییر می دهد و نشان می دهد که این رویدادها به طور آنی رخ نمی دهند، بلکه طی بازه های زمانی بسیار کوتاه اتفاق می افتند. این پیشرفت می تواند به بهبود فناوری هایی مانند رایانه های کوانتومی و رمزنگاری یاری کند، زیرا حفظ درهم تنیدگی کوانتومی در این فناوری ها لازم است. توانایی ردگیری تشکیل درهم تنیدگی کوانتومی به صورت لحظه ای افق های جدیدی را برای کنترل و بهره برداری از اثرات کوانتومی باز می نماید.

منبع

studyfindsمنبع: یک پزشک