راز درهم‌تنیدگی نور و صدا در دنیای کوانتومی در کشف جدید علمی فاش شد
درهم‌تنیدگی کوانتومی فوتون‌های مشابه یک روش متداول است. اما پژوهشگران موسسه ماکس پلانک برای علم نور روشی جدید برای درهم‌تنیدگی فوتون‌های نوری (ذراتی که نور را می‌سازند) با فونون‌ها (کوارکس‌هایی که امواج صوتی را نمایان می‌کنند) پیشنهاد داده‌اند.
این روش گامی مهم در درهم‌تنیدگی کوانتومی است و نشان می‌دهد که امکان ایجاد سیستم‌های هیبریدی با ذرات بنیادی مختلف که به همدیگر متصل هستند در فاصله‌های طولانی وجود دارد.
درهم‌تنیدگی سیستم‌های هیبریدی برای توسعه ارتباطات کوانتومی و برنامه‌های محاسبات کوانتومی پیشرفته حیاتی است.
تیم MPL اشاره می‌کند که «طرح نمک‌سنجی نوری (نور+صدا) پیشنهادی بر اساس پراکندگی بریلوین است. این روش به‌خصوص مقاوم است، برای ادغام در طرح‌های پردازش سیگنال کوانتومی مناسب است و در دماهای بالای محیطی قابل اجرا است.»
علم درهم‌تنیدگی کوانتومی هیبریدی
وقتی دو ذره بنیادی به‌طوری که حالت یکی حالت دیگری را تحت تأثیر قرار می‌دهد حتی زمانی که از هم دور هستند به هم متصل شوند، این پدیده به عنوان درهم‌تنیدگی کوانتومی شناخته می‌شود.
در گذشته، دانشمندان موفق به درهم‌تنیدگی الکترون‌ها با الکترون‌ها و فوتون‌ها با فوتون‌ها شدند. با این حال، این روش محدودیت‌های خود را دارد. به عنوان مثال، فوتون‌ها بی‌ثباتی بالایی دارند و بنابراین، حتی زمانی که درهم‌تنیده هستند، برای برنامه‌های حافظه کوانتومی که نیاز به ذخیره‌سازی پایدار حالت‌های کوانتومی دارند کمتر مناسب هستند.
بنابراین برای عملی کردن عملیات‌های کوانتومی مختلف، دانشمندان به درهم‌تنیدگی کوانتومی هیبریدی نیاز دارند که به آن‌ها اجازه می‌دهد بهترین استفاده از دو جهان انجام دهند. با این حال، این فرایند دشوار است زیرا ذرات مختلف ویژگی‌ها و طبیعت متفاوتی دارند.
فوتون‌ها بدون جرم هستند و انرژی الکترومغناطیسی را حمل می‌کنند. فونون‌ها، از طرف دیگر، کوارکس‌هایی هستند که نماینده ارتعاشات می‌باشند. این دو ذره به سرعت‌های مختلف سفر می‌کنند و نماینده انواع مختلف انرژی (نور و صدا در این مورد) هستند.
پر کردن فاصله بین این ذرات متمایز و ایجاد درهم‌تنیدگی نیاز به ابزارها و تکنیک‌های تخصصی دارد.
ایجاد ارتباط بین نور و صدا
تیم MPL پیشنهاد می‌کند که فوتون‌ها و فونون‌ها می‌توانند از طریق پراکندگی بریلوین، پدیده‌ای که زمانی رخ می‌دهد که نور (فوتون‌ها) با ارتعاشات اتم‌ها یا مولکول‌ها درون یک ماده تعامل دارند، درهم‌تنیده شوند.
همچنان که نور از ماده عبور می‌کند، توسط این ارتعاشات پراکنده می‌شود که به عنوان فونون‌ها شناخته می‌شوند. این تعامل باعث تغییر در فرکانس نور می‌شود که می‌تواند افزایش یا کاهش یابد بسته به اینکه فونون به سمت نور حرکت می‌کند یا از آن دور می‌شود.
این روش، که متفاوت از تنظیمات اپتومکانیکی معمولی است، اجازه می‌دهد تا جفت‌های درهم‌تنیده فوتون و فونون ایجاد شود. این جفت‌ها پایدار هستند و کمتر تحت تأثیر تغییرات دما قرار می‌گیرند.
تیم MPL گفت: «ما نشان دادیم که طرح درهم‌تنیدگی پیشنهاده می‌تواند در دماهای در محدوده ده‌ها کلوین عمل کند. این دماها بسیار بالاتر از آن‌هایی هستند که توسط روش‌های استاندارد نیاز می‌شود، که اغلب از تجهیزات گران‌قیمی مانند یخچال‌های رقیق‌سازی استفاده می‌کنند.»
به گفته پژوهشگران، این تکنیک درهم‌تنیدگی نوری صوتی پتانسیل دارد تا پیشرفت‌هایی در زمینه‌هایی از جمله ارتباطات کوانتومی تا مترولوژی کوانتومی و تله‌پورت کوانتومی به همراه آورد.
این مطالعه در مجله نامه‌های بررسی فیزیک منتشر شده است.
