Hindistan'daki araştırmacılar, belirli bir sürekli-değişken bazındaki foton dolaşıklığının, fotonlar kaynaklarından uzaklaştıkça kendini canlandırdığını göstermiştir. Keşif, kuantum bilgilerinin uzun mesafelerde güvenli bir şekilde iletilmesi ve çalkantılı ortamlarda kuantum görüntüleme için yararlı olabilir.
Fotonlar arasındaki kuantum dolaşıklığı, genellikle bilgi işlem, iletişim, algılama ve görüntüleme için yeni kuantum teknolojileri geliştirmek amacıyla fizikçiler tarafından kapsamlı bir şekilde araştırılıyor. Bazı potansiyel uygulamalar, dolaşık fotonların uzun mesafeler boyunca veya türbülanslı ortamlardan kayıpsız olarak gönderilmesini gerektirir. Bununla birlikte, şu anda bu koşullar altında belirli türdeki dolaşıklıkları korumak çok zordur ve başarı, kuantum bilgisinin fotonlarda nasıl kodlandığı da dahil olmak üzere birçok faktöre bağlı olabilir.
şimdi Anand Jha ve meslektaşları Kuantum Optik ve Dolaştırma Laboratuvarı Hindistan Teknoloji Enstitüsü'nde Kanpur, bilgiyi kodlamak için fotonların açısal konumlarını kullanarak olası bir çözüm sağladı. Fotonlar yayıldıkça dolaşıklığın kaybolduğunu, ancak daha sonra garip bir şekilde yeniden ortaya çıktığını gözlemlediler. Ayrıca, dolaşıklığın yeniden canlanmasının, normalde dolaşmayı yok edecek olan türbülanslı havada fotonlar seyahat ettikten sonra bile gerçekleştiğini gösterdiler. araştırmalarını anlatıyorlar Bilim Gelişmeler.
foton dolaşıklığı
Fotonlar, kuantum bilgisini kodlamak için kullanılabilecek birçok farklı serbestlik derecesine sahiptir. Seçim, kodlanması gereken bilginin türüne bağlıdır. Kübitler için, polarizasyon veya bir fotonun yörüngesel açısal momentumu gibi ayrık özellikler kullanılabilir. Ancak bazen, özellikle algılama ve görüntüleme amaçları için, kuantum bilgisini daha sürekli olarak kodlamak daha iyidir. Bu tür uygulamalarda, en çok araştırılan dolaşık özellik - veya "temel" - kartezyen koordinatları tarafından verilen bir fotonun konumudur.
Kuantum dolaşıklık olgusu, parçacıklara klasik fiziğin izin verdiğinden daha yakın bir ilişki verir ve kuantum bilgisini kodlamak için hangi özel temelin kullanıldığına bağlı değildir. Bununla birlikte, dolaşıklığın bir deneyde kullanılma veya ölçülme şekli temelden bağımsız olmayabilir. Bu, bir sistemin dolaşık olup olmadığını belirleyen matematiksel bir nicelik olan dolaşıklık "tanığı" için geçerlidir. Tanıklar, sürekli bazlar için temele bağımlıdır ve bu bağımlılık, bazı sürekli dolaşıklık türlerinin diğerlerinden daha yararlı olabileceği anlamına gelir.
Konum-momentum bazında, tanık aracılığıyla görüldüğü gibi, dolaşıklık, fotonlar kaynaklarından uzaklaştıkça çok hızlı bir şekilde yok olur. Bunu aşmak için, bilim adamları genellikle fotonlar arasındaki dolaşıklığı kullanmak için kaynağın kendisini görüntüler. Yoldaki herhangi bir türbülans da dolaşıklığı hızla yok eder ve onu canlandırmak için uyarlanabilir optikler gibi karmaşık çözümler gerektirir. Bu ek düzeltici adımlar, bu dolaşık fotonların kullanımını sınırlar.
Jha ve meslektaşları tarafından yapılan bu son araştırma, yakından ilişkili alternatif bir temel kullanarak - bir fotonun açısal konumu - dolaşıklığın nasıl korunabileceğini araştırıyor.
Karışıklık Yaratmak, Kaybetmek ve Canlandırmak
Araştırmacılar deneylerinde, yüksek güçlü bir "pompa" lazerinden doğrusal olmayan bir kristale ışık göndererek dolaşık fotonlar ürettiler. Fotonların enerjilerinin ve momentumlarının korunduğu koşullar altında, bir pompa foton, kendiliğinden parametrik aşağı dönüşüm (SPDC) adı verilen bir süreçte iki dolaşık foton üretecektir. İki foton, tüm özellikleriyle dolaşıktır. Örneğin, bir konumda bir foton algılanırsa, diğer dolaşık fotonun konumu otomatik olarak belirlenir. Momentum, açısal konum ve yörüngesel açısal momentum gibi diğer nicelikler için de korelasyon mevcuttur.
Tanık aracılığıyla herhangi bir düzeltici önlem olmaksızın görüldüğü gibi, araştırmacılar fotonlar arasındaki konum karışıklığının yaklaşık 4 cm yayılmadan sonra ortadan kalktığını gözlemlediler. Öte yandan, açısal konumlu dolaşıklık için ilginç bir şey olur. Yaklaşık 5 cm yayıldıktan sonra kaybolur, ancak fotonlar 20 cm daha gittikten sonra, dolaşıklık yeniden görünür (şekle bakın). Araştırmacılar deneysel sonuçlarını sayısal bir modelle niteliksel olarak doğruladılar.
Damıtma yöntemi, tek bir foton çiftinde kuantum dolaşıklığını güçlendirir
Ekip, dolaşık fotonların yolunda çalkantılı bir ortam yarattığında da aynı eğilim gözlemlendi. Bu, havayı karıştırmak ve kırılma indeksini değiştirmek için bir üflemeli ısıtıcı kullanılarak yapıldı. Bu durumda, ışık yaklaşık 45 cm'lik daha uzun bir mesafeye yayıldıktan sonra dolaşıklık yeniden canlandırıldı.
Açısal konum temelindeki dolaşıklığın yeniden ortaya çıkmasına neyin sebep olduğu henüz tam olarak bilinmiyor. Tabanı özeldir çünkü tam bir daireden sonra etrafı sarar. Jha'ya göre bu onun ayırt edici faktörlerinden biri.
Çalışma, bir metreden daha kısa mesafelerde sağlamlık gösterse de, Jha ve meslektaşları canlanmanın kilometre mesafelerde de mümkün olduğunu iddia ediyor. Bu, dolaşıklığı yok etmeden kuantum bilgisinin atmosferik türbülans yoluyla iletilmesini mümkün kılabilir. Türbülans yoluyla sağlamlık, bulanık biyokimyasal ortamlardaki nesnelerin minimum istila veya yıkımla kuantum görüntülemesine de izin verebilir.
