درهم تنیدگی کوانتومی بین اجسام بزرگ دور واقع شده است

0

درهم تنیدگی کوانتومی بین اجسام بزرگ دور واقع شده است

درهم تنیدگی کوانتومی بین اجسام بزرگ دور واقع شده است گروهی از محققان ، موفق شده اند دو جسم کوانتومی کاملاً متفاوت را بهم پیچیده کنند. نتیجه دارای چندین کاربرد بالقوه در سنجش فوق دقیق و ارتباط کوانتومی است و اکنون در Nature Physics منتشر شده است .

درهم تنیدگی اساس ارتباط کوانتومی و سنجش کوانتوم است. این را می توان به عنوان یک پیوند کوانتومی بین دو جسم درک کرد که باعث می شود آنها مانند یک جسم کوانتومی واحد رفتار کنند.

دانشکده ها :  بین یک نوسانگر مکانیکی – یک غشا die دی الکتریک ارتعاشی – و یک ابر از اتم ها درگیر شوند ، هر یک به عنوان یک آهنربا کوچک عمل می کنند ، یا آنچه فیزیکدانان آن را “چرخش” می نامند. این موجودات کاملاً متفاوت با اتصال آنها به فوتون ها ، ذرات نور ، ممکن بود در هم گره بخورند. اتم ها می توانند در پردازش اطلاعات کوانتومی و غشا — – یا به طور کلی سیستم های کوانتومی مکانیکی – برای ذخیره سازی اطلاعات کوانتومی مفید باشند.

“با این روش جدید ، ما در تلاش هستیم مرزهای احتمال درهم تنیدگی را کنترل کنیم. درگیری جالب تر از دو جنبه اساسی و کاربردی تبدیل می شود. با نتیجه جدید ، درگیری بین اشیا objects بسیار متفاوت امکان پذیر شده است. “

برای درک درهم تنیدگی ، با چسبیدن به مثال چرخش های درگیر با غشای مکانیکی ، موقعیت غشای لرزاننده و کج شدن چرخش کل همه اتم ها را شبیه به یک در حال چرخش تصور کنید. اگر هر دو جسم به طور تصادفی حرکت کنند ، اما اگر مشاهده شوند که همزمان به سمت راست یا چپ حرکت می کنند ، به آن همبستگی می گویند. چنین حرکتی همبسته به طور معمول محدود به حرکت اصطلاحاً نقطه صفر است – حرکت باقیمانده و بدون همبستگی تمام ماده که حتی در دمای صفر مطلق اتفاق می افتد. این دانش در مورد هر یک از سیستم ها را محدود می کند.

تیم اوژن پولزیک در آزمایش خود این سیستم ها را درهم پیچیدند ، این بدان معنی است که آنها با دقت بهتر از حرکت نقطه صفر به صورت همبسته حرکت می کنند. میخا پرنیاک ، یکی از اعضای تیم ، می گوید: “مکانیک کوانتوم مانند یک شمشیر دو لبه است – فناوری های جدید شگفت انگیزی به ما می دهد ، اما در عین حال دقت اندازه گیری ها را که از نظر کلاسیک ساده به نظر می رسند ، محدود می کند. سیستم های درهم پیچیده حتی اگر با یکدیگر فاصله داشته باشند می توانند کاملاً در ارتباط باشند – این ویژگی بیش از ۱۰۰ سال پیش محققان را از ابتدای تولد مکانیک کوانتوم متحیر کرده است .

 

“روشهای مختلف تحقق حالتهای کوانتومی را به عنوان نوعی باغ وحش از واقعیتها یا موقعیتهای مختلف با کیفیتها و پتانسیلهای بسیار متفاوت تصور کنید. اگر مثلاً بخواهیم دستگاهی به نوعی بسازیم ، بهره گیری از ویژگیهای مختلفی که همه آنها دارند و در آنها عملکردهای مختلف را انجام می دهند و وظیفه دیگری را حل می کنند ، لازم است زبانی اختراع شود که همه آنها قادر به صحبت باشند. حالات کوانتومی برای برقراری ارتباط باید بتوانند ارتباط برقرار کنند تا ما از پتانسیل کامل دستگاه. این همان چیزی است که این درهم تنیدگی بین دو عنصر در باغ وحش نشان داده است که اکنون قادر به انجام آن هستیم. “

یک مثال خاص از چشم اندازهای درهم تنیدگی اجسام کوانتومی مختلف ، سنجش کوانتوم است. اشیا Different مختلف نسبت به نیروهای مختلف خارجی حساسیت دارند. به عنوان مثال ، اسیلاتورهای مکانیکی به عنوان شتاب سنج و سنسور نیرو استفاده می شوند ، در حالی که چرخش اتمی در مغناطیس سنج استفاده می شود. وقتی فقط یکی از دو جسم مختلف درهم پیچیده در معرض اغتشاش خارجی باشد ، درهم آمیختگی امکان اندازه گیری آن را با حساسیتی فراهم می کند که توسط نوسانات نقطه صفر جسم محدود نباشد .

یک امکان کاملاً فوری برای استفاده از این روش در سنجش هم برای اسیلاتورهای کوچک و هم برای بزرگ وجود دارد. یکی از بزرگترین اخبار علمی در سالهای اخیر ، اولین تشخیص امواج گرانشی است که توسط رصدخانه موج گرانشی تداخل سنج لیزری (LIGO) ساخته شده است. LIGO امواج بسیار ضعیف ناشی از حوادث نجومی در اعماق فضا مانند ادغام سیاهچاله یا ادغام ستاره های نوترونی را حس و اندازه گیری می کند. امواج را می توان مشاهده کرد زیرا آینه های تداخل سنج را می لرزاند. اما حتی حساسیت LIGO توسط مکانیک کوانتوم محدود می شود زیرا آینه های تداخل سنج لیزر نیز توسط نوسانات نقطه صفر متزلزل می شوند. این نوسانات منجر به جلوگیری از مشاهده حرکت ریز آینه های ناشی از امواج گرانشی می شود.

در اصل ، می توان درهم آمیختگی آینه های LIGO با یک ابر اتمی ایجاد کرد و بنابراین سر و صدای نقطه صفر آینه ها را لغو کرد به همان روشی که برای صدای غشا در آزمایش حاضر انجام می شود. همبستگی کامل بین آینه ها و چرخش های اتمی به دلیل درهم تنیدگی آنهامی تواند در چنین حسگرهایی مورد استفاده قرار گیرد تا عدم اطمینان را پاک کند. این به سادگی نیاز به گرفتن اطلاعات از یک سیستم و استفاده از دانش برای سیستم دیگر دارد. به این ترتیب ، می توان هم درمورد موقعیت و هم حرکت آینه های LIGO به طور هم زمان ، با ورود به فضایی به اصطلاح عاری از مکانیک کوانتوم و برداشتن قدمی به سمت دقت بی حد و اندازه گیری حرکت ، آگاه شد. یک آزمایش مدلی که این اصل را نشان می دهد در آزمایشگاه اوژن پولزیک در راه است.

درهم تنیدگی کوانتومی “داغ و نامرتب” ۱۵ تریلیون اتم

درهم تنیدگی "داغ و نامرتب" 15 تریلیون اتم

درهم تنیدگی “داغ و نامرتب” ۱۵ تریلیون اتم  درهم آمیختگی کوانتومی فرایندی است که طی آن اجسام میکروسکوپی مانند الکترون یا اتم برای هماهنگی بهتر با یکدیگر ، فردیت خود را از دست می دهند. درهم تنیدگی در قلب فن آوری های کوانتومی است که نوید پیشرفت های بزرگی در محاسبات ، ارتباطات و سنجش می دهد ، به عنوان مثال تشخیص امواج گرانشی.

حالت های درهم تنیده بسیار شکننده هستند: در بیشتر موارد ، حتی یک اختلال کوچک نیز گره خوردن را از بین می برد. به همین دلیل ، فناوری های کوانتومی فعلی برای جداسازی سیستم های میکروسکوپی که با آنها کار می کنند ، زحمت زیادی می کشند و معمولاً در دمای نزدیک به صفر مطلق کار می کنند. در مقابل ، تیم ICFO در آزمایشی اخیر مجموعه ای از اتم ها را به ۴۵۰ کلوین گرم کرد ، میلیون ها برابر گرمتر از بیشتر اتمهای مورد استفاده برای فناوری کوانتوم. علاوه بر این ، اتمهای منفرد چیزی جز جدا بودند. آنها هر چند میکرو ثانیه با یکدیگر برخورد می کنند و هر برخورد باعث چرخش الکترونهای آنها در جهت تصادفی می شود.

محققان از لیزر برای نظارت بر مغناطیس شدن این گاز داغ و بی نظم استفاده کردند. مغناطش توسط الکترونهای در حال چرخش در اتم ها ایجاد می شود ، و راهی برای مطالعه اثر برخوردها و تشخیص درهم آمیختگی فراهم می کند. آنچه محققان مشاهده کردند تعداد بسیار زیادی از اتم های درهم پیچیده بود – حدود ۱۰۰ برابر بیشتر از هر زمان دیگری. آنها همچنین دیدند که گره خوردگی محلی نیست – این شامل اتم هایی است که به هم نزدیک نیستند. بین هر دو اتم درهم پیچیده هزاران اتم دیگر وجود دارد که بسیاری از آنها با اتمهای دیگر در هم آمیخته اند ، در یک حالت درهم پیچیده غول پیکر ، گرم و نامرتب.

آنچه آنها همچنین مشاهده کردند ، همانطور که جیا کونگ ، اولین نویسنده مطالعه ، به یاد می آورد ، “این است که اگر ما اندازه گیری را متوقف کنیم ، درهم آمیختگی حدود ۱ میلی ثانیه باقی می ماند ، به این معنی که ۱۰۰۰ بار در ثانیه ، یک گروه جدید ۱۵ تریلیون اتمی است گره خورده است. و شما باید فکر کنید که ۱ میلی ثانیه برای اتم ها زمان بسیار طولانی است ، به اندازه کافی برای وقوع ۵۰ تصادف تصادفی. این به وضوح نشان می دهد که درگیری با این حوادث تصادفی از بین نمی رود. این شاید تعجب آورترین نتیجه باشد از کار “

مشاهده این حالت گره خورده و گرم و نامرتب راه را برای تشخیص میدان مغناطیسی فوق العاده حساس هموار می کند. به عنوان مثال ، در مغناطیس مغزی (تصویربرداری مغناطیسی مغز) ، نسل جدید حسگرها از همین گازهای اتمی گرم و با چگالی بالا برای شناسایی میدان های مغناطیسی تولید شده توسط فعالیت مغز استفاده می کنند. نتایج جدید نشان می دهد که درهم تنیدگی می تواند حساسیت این روش را که در علوم بنیادی مغز و جراحی مغز و اعصاب کاربرد دارد ، بهبود بخشد.

 

ICREA ، پروفسور ICFO ، مورگان میچل می گوید ، “این نتیجه شگفت آور است ، یک فاصله واقعی از آنچه همه انتظار دارند از درهم تنیدگی باشد. ما امیدواریم که این نوع حالت غول پیچیده منجر به عملکرد بهتر حسگر در برنامه های مختلف از تصویربرداری مغز گرفته تا خود رانندگی شود. اتومبیل برای جستجوی ماده تاریک. “

درهم تنیدگی "داغ و نامرتب" 15 تریلیون اتم
تصویری از سلول شیشه ای که در آن فلز روبیدیوم با گاز نیتروژن مخلوط شده و تا ۴۵۰ درجه کلوین گرم می شود. در آن درجه حرارت بالا ، فلز بخار می شود ، و اتمهای روبیدیوم آزاد ایجاد می کند که در اطراف سلول پراکنده می شوند

تک چرخشی نوعی پیچیدگی است که در آن چرخش ذرات متعدد – حرکت زاویه ای ذاتی آنها – تا ۰ جمع می شود ، به این معنی که سیستم دارای حرکت کلی زاویه ای صفر است. در این مطالعه ، محققان از اندازه گیری غیر تخریب کوانتومی (QND) برای استخراج اطلاعات چرخش تریلیون اتم استفاده کردند.

این تکنیک فوتون های لیزر را با انرژی خاصی از طریق گاز اتم ها عبور می دهد. فوتون های با این انرژی دقیق باعث تحریک اتم ها نمی شوند ، اما خود آنها تحت تأثیر برخورد قرار می گیرند. چرخش اتم ها به عنوان آهن ربا عمل می کنند تا قطبش نور را بچرخانند. با اندازه گیری میزان تغییر قطب فوتونها پس از عبور از ابر ، محققان قادر به تعیین چرخش کل گاز اتمها هستند.

رژیم SERF

مغناطیس سنج های فعلی در رژیمی کار می کنند که SERF نامیده می شود ، بسیار دور از دمای تقریباً صفر مطلق که محققان معمولاً برای مطالعه اتم های درهم پیچیده استفاده می کنند. در این رژیم ، هر اتمی برخورد تصادفی زیادی با سایر اتم های همسایه تجربه می کند و این مهمترین تأثیر را در وضعیت اتم ایجاد می کند.

علاوه بر این ، از آنجا که آنها در یک محیط گرم به جای یک ماده فوق سرد قرار دارند ، برخوردها به سرعت چرخش الکترون ها را در هر اتم مشخص تصادفی می کنند. این آزمایش به طرز شگفت انگیزی نشان می دهد که این نوع آشفتگی شرایط درهم شکسته را بر هم نمی زند . این فقط درهم تنیدگی را از اتمی به اتم دیگر منتقل می کند.

درهم تنیدگی کوانتومی بین دو ابر اتمی

درهم تنیدگی کوانتومی بین دو ابر اتمی

درهم تنیدگی کوانتومی بین دو ابر اتمی بسیار سرد از نظر جسمی ایجاد می کنند محققانی از دانشگاه هانوفر به درهم تنیدگی کوانتومی بین دو میعانات بوز-انیشتین ، مجموعه اتمی فوق العاده سرد رسیده اند.

تیم تحت هدایت Géza Tóth ، استاد تحقیق ایکرباسک ، بر تأیید وجود پیچیدگی با اندازه گیری متمرکز شدند ، در حالی که آزمایش در هانوفر در گروه کارستن کلمپت انجام شد. این مطالعه در Science منتشر شده است .

درهم تنیدگی کوانتومی توسط شرودینگر کشف شد و بعداً توسط انیشتین و دانشمندان دیگر در قرن ۲۰ مورد مطالعه قرار گرفت. این یک پدیده کوانتومی است و هیچ نظیری در فیزیک کلاسیک ندارد. گروههای ذرات درهم تنیده فردیت خود را از دست می دهند و مانند یک موجود واحد رفتار می کنند. هر تغییری در یکی از ذرات منجر به واکنش فوری در ذره دیگر می شود ، حتی اگر از نظر مکانی از هم جدا شوند. توت توضیح داد: درهم آمیختگی کوانتوم در برنامه هایی مانند محاسبات کوانتومی ضروری است ، زیرا انجام برخی وظایف را با سرعت بیشتری نسبت به محاسبات کلاسیک امکان پذیر می کند.

برخلاف روشهای قبلی درهم تنیدگی کوانتومی که شامل ابرهای ناهماهنگ و حرارتی ذرات است ، در این آزمایش ، محققان از ابر اتمها در حالت میعانات بوز-انیشتین استفاده کردند. توت گفت ، “میعانات بوز-اینشتین با خنک کردن اتم ها در دمای بسیار پایین ، نزدیک به صفر مطلق حاصل می شود. در آن دما ، همه اتم ها در یک حالت کوانتومی بسیار منسجم قرار دارند ؛ به یک معنا ، همه آنها موقعیت یکسانی را اشغال می کنند در آن حالت ، درهم تنیدگی کوانتومی بین اتمهای گروه وجود دارد. ” پس از آن ، گروه به دو ابر اتمی تقسیم شد. وی ادامه داد: “ما دو ابر را از فاصله دور از یکدیگر جدا کردیم و توانستیم نشان دهیم که دو قسمت در هم گره خورده اند.”

نشان می دهد که می توان درگیری بین دو گروه در حالت میعانات بوز-انیشتین ایجاد کرد ، می تواند منجر به پیشرفت در بسیاری از زمینه های استفاده از فناوری کوانتوم شود ، مانند محاسبات کوانتومی ، شبیه سازی کوانتوم و اندازه گیری کوانتوم ، زیرا این امر به ایجاد و کنترل نیاز دارد. از مجموعه های بزرگ ذرات درهم تنیده . این محقق گفت: ” مزیت اتمهای سرد این است که می توان حالتهای بسیار درهم پیچیده ای را در بر گرفت که مقادیری از ذرات بیش از هر سیستم فیزیکی دیگری با چندین مرتبه قدر وجود دارد ، که می تواند مبنایی برای محاسبات کوانتومی در مقیاس بزرگ باشد.”

 

 

ممکن است شما دوست داشته باشید