مشاهده تنفس میان اتم ها!
اسمارت کاور: دانشمندان در کشفی که می تواند به روش جدیدی از محاسبات کوانتومی منجر شود، برای اولین بار موفق به تشخیص تنفس بین اتم ها شده اند.
به گزارش اسمارت کاور به نقل از ایسنا و به نقل از آی ای، پژوهشگران دانشگاه واشنگتن ارتعاش مکانیکی بین دو لایه اتم (نفس های اتم ها) را با مشاهده نوع نوری که آن اتم ها در هنگام تحریک توسط لیزر ساطع می شود، شناسایی کرده اند.
این پیشرفت جدید می تواند به روش جدیدی برای محاسبات کوانتومی منجر شود. در حقیقت، پژوهشگران دستگاهی را مهندسی کرده اند که می تواند به عنوان نوع جدیدی از آجرهای ساختمانی برای فناوری های کوانتومی عمل کند.
مو لی، نویسنده ارشد این پژوهش و استاد مهندسی برق و کامپیوتر و فیزیک در دانشگاه واشنگتن می گوید: این یک سکوی جدید در مقیاس اتمی است که از آن چه جامعه علمی آنرا «اپتومکانیک» (مکانیک نوری) می نامد، استفاده می نماید که در آن نور و حرکات مکانیکی ذاتاً با هم جفت می شوند.
وی ادامه داد: این نوع جدیدی از اثر کوانتومی درگیر را ارائه می دهد که می تواند برای کنترل فوتون های منفرد در مدارهای نوری یکپارچه برای خیلی از کاربردها مورد استفاده قرار گیرد.
این مطالعه جدید مبتنی بر پژوهش پیشین است که یک شبه ذره در سطح کوانتومی به نام اکسایتون(exciton) را بررسی نموده بود. اطلاعات را می توان در یک اکسایتون کدگذاری کرد و سپس به شکل یک فوتون آزاد کرد که خواص کوانتومی آن می تواند به عنوان یک بیت کوانتومی اطلاعات یا «کیوبیت» با سرعت نور عمل کند.
فوتون (Photon) یک ذره بنیادی است. فوتون یک کوانتوم یا به عبارتی کم ترین مقدار قابل اندازه گیری در یک میدان الکترومغناطیسی مانند تابش الکترومغناطیسی (نور و امواج رادیویی) شمرده می شود و همین طور در نقش حامل نیرو برای نیروی الکترومغناطیس عمل می کند. فوتون ها جرم بسیار کمی (غیر قابل اندازه گیری)دارند و بااینکه سرعت فوتون به محیط بستگی دارد، اما در محیط خلأ، همیشه با سرعتی برابر با سرعت نور معادل ۲۹۹٬۷۹۲٬۴۵۸ متر بر ثانیه حرکت می کنند.
مکانیک کوانتومی مانند همه ذرات بنیادی، بهترین توضیح را در مورد فوتون ها ارائه می نماید؛ ذراتی که مانند الکترون ها از خود دوگانگی موج و ذره نشان می دهند، بطوریکه دارای هر دو خاصیت موجی و ذره ای هستند. مفهوم مدرن فوتون از پژوهش های آلبرت اینشتین در طول دو دهه ابتدایی قرن بیستم سرچشمه می گیرد،
آدینا ریپین، نویسنده اصلی این پژوهش و دانشجوی دکترای فیزیک در دانشگاه واشنگتن می گوید: افق دید این پژوهش این است که برای داشتن یک شبکه کوانتومی عملی، باید راه هایی برای ایجاد، عملکرد، ذخیره و انتقال کیوبیت ها بطور قابل اعتماد داشته باشیم. فوتون ها یک انتخاب طبیعی برای انتقال این اطلاعات کوانتومی هستند، برای اینکه فیبرهای نوری ما را قادر می سازند فوتون ها را در فواصل طولانی با سرعت های بالا و با تلفات کم انرژی یا اطلاعات منتقل نماییم.
پژوهشگران در مرحله بعد تصمیم دارند آزمایش نمایند که آیا می توانند این فونون ها(phonons) را برای فناوری کوانتومی با بهره گیری از ولتاژ الکتریکی مهار کنند یا خیر. آنها دریافتند که می توانند انرژی برهمکنش فوتون های مرتبط را به روش های قابل اندازه گیری و کنترل و در یک سیستم یکپارچه تغییر دهند.
فونون یک کوانتوم انرژی است. به برانگیزشِ تجمیعی اتم ها در یک ساختار بلوری، فونون می گویند. یا به بیانی ساده تر، نوسان های هماهنگ همه ی اتم ها در یک ساختار بلوری را فونون می گویند. در فیزیک کوانتومی برای بیان این نوسان اتم ها در شبکه بلور از مفهوم شبه ذره بهره می جویند که فونون نام دارد.
در فیزیک ماده چگال، فونون نقش بسیار مهمی دارد و در خیلی از خاصیت های مواد جامد همچون رسانایی گرمایی و رسانایی الکتریکی موثر است.
پژوهشگران در مرحله بعد می خواهند قادر به کنترل چند تابشگر و حالت های فونون در رابطه با آنها باشند که گامی به سمت ایجاد یک پایه جامد برای مدارهای کوانتومی است.
لی در اطلاعیه ای اظهار داشت: هدف کلی ما ایجاد یک سیستم یکپارچه با تابشگرهای کوانتومی است که می تواند از فوتون های منفرد در مدارهای نوری و فونون های تازه کشف شده برای انجام محاسبات کوانتومی و سنجش کوانتومی استفاده نماید.
این پیشرفت اساسا به این تلاش کمک خواهدنمود و به توسعه بیشتر محاسبات کوانتومی که در آینده کاربردهای زیادی خواهد داشت، منجر می شود.
در چکیده این پژوهش آمده است: مهندسی جفت شدن بین تحریکات کوانتومی بنیادی در قلب علم و فناوری کوانتومی قرار دارد. یک مورد برجسته، ایجاد منابع نور کوانتومی است که در آن جفت شدن بین فوتون ها و فونون ها می تواند کنترل و مهار شود تا انتقال اطلاعات کوانتومی امکان پذیر شود. در اینجا ما ایجاد قطعی تابشگرهای کوانتومی را گزارش می نماییم که دارای جفت شدن بسیار قابل تنظیم بین اکسایتون ها و فونون ها هستند.
این مطالعه در Nature Nanotechnology انتشار یافته است.
منبع: smartcover.ir
مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب