“فیزیک” محدودۀ اندازه گیری نور کوانتومی را در هم شکست
دانشمندان یک رکود جدید را در اندازه گیری های نوری با استفاده از فوتون ها ثبت کردند؛ این اندازه گیری به چنان دقتی دست پیدا کرده که قبلأ فقط به صورت ِ نظری امکانپذیر بود.
تیمی از فیزیکدانان در اولین آزمایشات خود، محدودۀ شات نویز را در هم شکسته است – به حداکثر رسیدن مقدار اطلاعاتی که از تک تک ذرات نور در اندازه گیری های نوری استخراج می شود. به مدت چندین دهه، فیزیکدانان نظری پیش بینی کردند که اندازه گیری با استفاده از فوتون ها در حالات کوانتومی – جایی که ذرات نور گرفتار می شوند – می تواند بهتر از اندازه گیری با استفاده از نور در حالات غیرکوانتومی باشد.
فیزیکدان کوانتومی “جف پراید” از دانشگاه گریفیت در استرالیا گفت: «وقتی فوتون ها گیر می افتند، خواص آنها با یکدیگر پیوند می خورد. این یعنی امکان تصادفی بودن آزمایش کمتر است. هرچند، به نظر می رسد این حالاتِ گیرافتاده فقط زمانی کار کنند که فوتون های گیرافتاده کیفیت بالایی داشته باشند و “گم نشوند”.» علت این است که وقتی ذرات نور به طور ناخواسته در دستگاه های سنجش جذب یا پراکنده می شوند یا وقتی به آسانی شناسایی نمی شوند، امکان تصادفی بودن اندازه گیری های نوری افزایش پیدا می کند.
این محدودیت، یعنی محدودۀ شات نویز، قبلأ مانع از آن شد که دانشمندان به محدوده های نظری اندازه گیری های فوق حساس با فوتون ها در حالات کوانتومی دست پیدا کنند، اما به لطف تحقیق جدید پراید و تیمش، دیگر این نگرانی وجود ندارد. پراید توضیح می دهد: «خبر جدید این است که ما می توانیم فوتون های باکیفیت بالا بسازیم و آنها را با کارآیی بالایی اندازه گیری کنیم (آنها گم نمی شوند) و همچنین می توانیم نشان دهیم که این تکنیک واقعأ طبق نظریه کار می کند.»
برای دستیابی به این امر، تیم پراید یک لیزر را از درون یک کریستال غیرخطی عبور داد و خواص هریک بخوبی با فوتون های گیرافتادۀ با کیفیت تطبیق داده شد. سپس، فوتون ها از یک نمونه عبور داده شدند – در این مطالعه از کریستال کوارتز استفاده شد. با انجام این کار و اندازه گیری فوتون ها با ردیاب های با راندمان بالا، این تیم توانست نشان دهد که محدودۀ شات نویز در هم شکسته می شود؛ یعنی می توان از نویز تصادفی در آزمایشات نوری بسیار دقیق جلوگیری کرد. پراید افزود: «این آزمایش نشان می دهد که فوتون ها در حالات کوانتومی خاص واقعأ برای اندازه گیری های خاصی بهتر عمل می کنند در مقایسه با زمانی که از فیزیک کوانتومی استفاده نمی کنیم. امیدواریم در آینده بتوان از گیر انداختن بیش از دو فوتون برای اندازه گیری دقیق نمونه های حساس استفاده کنیم.»
این تیم هنوز نمی تواند اعلام کند که نمونه های آتی چه خواهند بود اما این احتمال وجود دارد که در آینده این روش دانشمندان را قادر سازد ماده را با نور خیلی کمی اندازه گیری کنند. می توان از این روش برای اندازه گیری نمونه های بیولوژیکی با تعداد محدودی فوتون استفاده کرد تا بدین صورت به نمونه های ظریف آسیب نرسد. اما اکنون، بزرگترین دستاورد این است که فوتون ها واقعأ برای اندازه گیری به این شکل کابرد دارند، بدون اینکه گم شوند – نظریات چندین دهه پیش عملی شده است. یافته های این تحقیق در مجلۀ Nature Photonics منتشر شده است.
برگرفته از sciencealert
