A fizikusok először játszottak „kvantumfénnyel”, hatalmas áttöréssel: ScienceAlert

Egy nemzetközi fizikuscsoportnak most először sikerült kis számú fényrészecskét – úgynevezett fotonokat – manipulálnia, amelyek szoros kapcsolatban állnak egymással.

Lehet, hogy ez kissé homályosan hangzik, de az vagyokEz egy alapvető áttörés a kvantum birodalomban, amely olyan technológiához vezethet, amelyről jelenleg még csak álmodni sem tudunk. Képzeljen el lézereket, de kvantumérzékenységgel az orvosi képalkotáshoz.

„Ez megnyitja az ajtót annak a manipulációnak, amit kvantumfénynek nevezhetünk” – mondja Sahand Mahmoudian fizikus a Sydney Egyetemről.

„Ez az alapvető tudomány megnyitja az utat a kvantummal továbbfejlesztett mérési technikák és a fotonikus kvantumszámítástechnika fejlődése előtt.”

Ahogy a fizikusok tökéletesítik az összegabalyodott kvantumatomok irányítását, ennek elérése fénnyel nehezebbnek bizonyul.

Ebben az új kísérletben a Sydney-i Egyetem és a svájci Bázeli Egyetem csapata egyetlen fotont és egy fotonpárt lőtt le. kvantumpont (mesterséges atom), és közvetlenül meg tudja mérni az időkésést egyetlen foton és a hozzá tartozó foton között.

„Az általunk épített eszköz olyan erős kölcsönhatásokat váltott ki a fotonok között, hogy meg tudtuk figyelni a különbséget egy foton és két foton között.” – mondja Natasha Tom fizikusTársszerző, Bázeli Egyetem.

„Észrevettük, hogy egy foton hosszabb ideig késik, mint két foton. Ezzel az erős foton-foton kölcsönhatással a két foton összegabalyodik egy úgynevezett kétfoton korrelációs állapot formájában.”

Ezt a kötési állapotot a segítségével állítják be indukált emisszió – Albert Einstein által először 1916-ban leírt jelenség, amely a modern lézerek alapját képezi. (Szórakoztató tény: a lézer a stimulált sugárzás általi fényerősítést jelenti.)

a lézer belsejében Elektromos áramot vagy fényforrást használnak elektronok zaja optikai anyag, például üveg vagy kristály atomjain belül.

Ez a gerjesztés az atommagban keringő elektronokba ütközik. Amikor visszatér normál állapotába, energiát bocsát ki fotonok formájában. Ezek „stimulált” sugárzások, és ez a folyamat azt jelenti, hogy az összes kapott kép azonos hullámhosszúságú, ellentétben a normál fehér fénnyel, amely különböző frekvenciák (színek) keveréke.

A tükröt ezután arra használják, hogy a régi és új fotonokat visszaverjék az atomok felé, hogy beindítsák az azonos fotonok képződését.

Ezek a fotonok egyhangúan mozognak, azonos sebességgel és irányban haladnak, és addig halmozódnak, amíg végül legyőzik a tükröket és az optikai közeget, és robbanásmentesen tökéletesen szinkronizált fénysugárrá alakulnak, amely nagy távolságokon is élesen fókuszálhat.

Mindez ezredmásodpercek alatt történik, amikor megnyomja a lézermutató gombját (köszönöm, Einstein).

Ez a fajta lenyűgöző kölcsönhatás a fény és az anyag között mindenféle csodálatos technológia alapja, mint például a Global Positioning System (GPS), számítógépek, orvosi képalkotás és globális kommunikációs hálózatok. Még a LIGO, a Laser Gravitational-Wave Observatory, amely 2015-ben észlelt először gravitációs hullámokat, lézerekre támaszkodik.

De ehhez a technológiához még mindig nagyszámú fotonra van szükség, ami korlátozza, hogy mennyire érzékeny lehet.

Az új áttörés mostanra elérte az egyes fotonok, valamint egyetlen atomból származó kis fotoncsoportok stimulált kibocsátását és detektálását, ami szoros korrelációt okoz – más szóval „kvantumfényt”. És ez egy nagy előrelépés.

„Azáltal, hogy bebizonyítottuk képességünket a fotonokhoz kapcsolódó állapotok azonosítására és manipulálására, megtettük az első létfontosságú lépést a kvantumfény gyakorlati felhasználása felé.” – mondja Mahmoud.

következő lépések, – magyarázta a lánycélja a megközelítés olyan fényállapotok létrehozására, amelyek jobbá tehetik a kvantumszámítógépeket.

„Ez a kísérlet nem csak azért szép, mert egy alapvető hatást – a katalitikus kibocsátást – bizonyítja végső határán, hanem hatalmas technológiai lépést is jelent a fejlett alkalmazások felé.” – teszi hozzá Tom.

„Ugyanazokat az elveket alkalmazhatjuk hatékonyabb eszközök kifejlesztésére, amelyek fotonokhoz kapcsolódó állapotokat biztosítanak számunkra. Ez nagyon ígéretes az alkalmazások széles körében: a biológiától a fejlett gyártásig és a kvantuminformáció-feldolgozásig.”

ban publikált kutatás természetfizika.