اختراع جدید یکی از عجیب ترین و مفیدترین پدیده های مکانیک کوانتومی را آغاز می کند

در رندر این هنرمند از یک فراسطح، نور از ساختارهای کوچک و مستطیلی شکل – بلوک های ساختمانی فراسطح – عبور می کند و جفت فوتون های درهم تنیده در طول موج های مختلف ایجاد می کند. این دستگاه از طریق همکاری بین آزمایشگاه ملی Sandia و موسسه ماکس پلانک برای علم نور طراحی، ساخته و آزمایش شد. اعتبار: با اجازه ایگال برنر، آزمایشگاه ملی ساندیااز طریق کوانتوم Looking Glassبا کمک به دانشمندان در کنترل یک پدیده عجیب اما مفید مکانیک کوانتومی، یک اختراع بسیار نازک می‌تواند فناوری‌های محاسباتی، حسگری و رمزگذاری آینده را به‌طور قابل ملاحظه‌ای کوچک‌تر و قدرتمندتر کند. این دستگاه در تحقیقات جدیدی که اخیراً در مجله Science منتشر شده است، توضیح داده شده است.این دستگاه می تواند جایگزین یک اتاق پر از تجهیزات برای پیوند فوتون ها در یک اثر کوانتومی عجیب و غریب به نام درهم تنیدگی شود. به دانشمندان آزمایشگاه ملی ساندیا و موسسه ماکس پلانک برای علم نور. این نوعی ماده مهندسی شده نانویی به نام متاسطح است و راه را برای درهم‌تنیدگی فوتون‌ها به روش‌های پیچیده‌ای هموار می‌کند که با فناوری‌های فشرده امکان‌پذیر نبوده است.وقتی گفته می‌شود فوتون‌ها در هم تنیده شده‌اند، به این معنی است که آنها به گونه‌ای به هم مرتبط هستند که اعمال روی یکی روی دیگری تأثیر می‌گذارد، مهم نیست فوتون‌ها در کجا یا چقدر از هم فاصله دارند. جهان. این یک اثر شبح وار از مکانیک کوانتومی، قوانین فیزیک است که بر ذرات و دیگر چیزهای بسیار ریز حاکم است. نور لیزر سبز سطحی را روشن می‌کند که صد برابر نازک‌تر از کاغذ است که در مرکز فناوری‌های نانو یکپارچه ساخته شده است. CINT به طور مشترک توسط آزمایشگاه های ملی Sandia و Los Alamos برای دفتر علوم وزارت انرژی اداره می شود. اعتبار: کریگ فریتز، آزمایشگاه ملی ساندیااگرچه این پدیده ممکن است عجیب به نظر برسد، محققان از آن برای پردازش اطلاعات به روش‌های جدید استفاده کرده‌اند. برای مثال، درهم تنیدگی به محافظت از اطلاعات کوانتومی ظریف و تصحیح خطاها در محاسبات کوانتومی، زمینه ای که ممکن است روزی تأثیرات گسترده ای بر علم، امور مالی و امنیت ملی داشته باشد. Entanglement همچنین روش‌های رمزگذاری پیشرفته و جدید را برای ارتباطات ایمن فعال می‌کند.تحقیق برای دستگاه پیشگامانه که صد برابر نازک‌تر از یک ورق کاغذ است، تا حدی در مرکز فناوری‌های نانو یکپارچه، یک مرکز کاربری دفتر علوم انرژی که توسط آزمایشگاه‌های ملی Sandia و Los Alamos اداره می‌شود، انجام شد. تیم ساندیا بودجه‌ای را از دفتر علوم، برنامه علوم پایه انرژی دریافت کرد.نور وارد می‌شود، فوتون‌های درهم تنیده بیرون می‌آیندمتاسطح جدید به عنوان دریچه‌ای برای این پدیده کوانتومی غیرعادی عمل می‌کند. از برخی جهات، مانند آینه ای در فیلم لوئیس کارول “Through the Looking-Glass” است که از طریق آن آلیس قهرمان جوان دنیای عجیب و غریب و جدیدی را تجربه می کند.دانشمندان به جای قدم زدن در دستگاه جدید خود، درخشش خود را نشان می دهند. لیزر از طریق آن ایگال برنر، دانشمند ارشد ساندیا، گفت: پرتو نور از یک نمونه بسیار نازک شیشه ای پوشیده شده در ساختارهای نانومقیاس ساخته شده از یک ماده نیمه هادی معمولی به نام آرسنید گالیم عبور می کند. او در زمینه ای به نام اپتیک غیرخطی متخصص است و تیم ساندیا را رهبری می کرد. او گفت که گاهی اوقات یک جفت فوتون درهم تنیده در طول موج های مختلف از نمونه در جهتی مشابه پرتو لیزر ورودی بیرون می آید.ایگال برنر، دانشمند ارشد آزمایشگاه ملی ساندیا، متخصص اپتیک غیرخطی، تیمی را رهبری کرد که به نمایش دستگاهی کمک کرد که راه را برای فناوری‌های پردازش اطلاعات کوانتومی قدرتمند و فشرده هموار می‌کند. اعتبار: کریگ فریتز، آزمایشگاه ملی ساندیابرنر گفت که او مشتاق این دستگاه است زیرا برای تولید شبکه های پیچیده فوتون های درهم تنیده طراحی شده است. به جای فقط یک جفت در یک زمان، می‌تواند چندین جفت را که همگی در هم پیچیده شده‌اند تولید کند، و برخی از آنها غیرقابل تشخیص هستند. برخی از فناوری‌ها برای طرح‌های پردازش اطلاعات پیچیده به انواع پیچیده‌ای از به اصطلاح درهم‌تنیدگی نیاز دارند.اگرچه سایر فناوری‌های مینیاتوری مبتنی بر فوتونیک سیلیکونی نیز می‌توانند فوتون‌ها را در هم ببندند، اما فاقد سطح بسیار مورد نیاز پیچیده و چندگانه هستند. -در هم تنیدگی. تا به حال، تنها راه برای دستیابی به چنین نتایجی، استفاده از میزهای متعدد پر از لیزر، کریستال‌های تخصصی، و سایر تجهیزات نوری بود.«وقتی این درهم‌تنیدگی به بیش از بیش از آن نیاز دارد، کاملاً پیچیده و غیرقابل حل است. برنر گفت دو یا سه جفت. “این فراسطحهای غیرخطی اساساً این کار را در یک نمونه انجام می دهند، در حالی که قبلاً به تنظیمات نوری بسیار پیچیده نیاز داشتند.”مقاله Science چگونگی تنظیم موفقیت آمیز فراسطح خود را برای تولید فوتون های درهم تنیده با طول موج های متفاوت به تصویر می کشد. این یک پیشروی حیاتی برای تولید چندین جفت فوتون پیچیده به طور همزمان بود.با این حال، دانشمندان در مقاله خود خاطرنشان کردند که کارایی دستگاه آنها – سرعتی که آنها می توانند گروه هایی از فوتون های درهم تنیده را تولید کنند – است. پایین تر از تکنیک های دیگر است و نیاز به بهبود دارد.متاسرفیس چیست؟متاسرفیس ماده ای مصنوعی است که با نور و سایر امواج الکترومغناطیسی به روش های مواد معمولی در تعامل است. نمی تواند. برنر گفت که صنایع تجاری مشغول توسعه متاسطح‌ها هستند زیرا فضای کمتری را اشغال می‌کنند و می‌توانند کارهای بیشتری را با نور نسبت به لنزهای سنتی انجام دهند. برنر گفت. “این نوع متاسرفیس ها محصولات مصرفی را متحول خواهند کرد.”Sandia یکی از پیشروها است. موسساتی در جهان که در زمینه‌های متاسطح و فرامواد تحقیق می‌کنند. بین مجموعه مهندسی میکروسیستم، علوم و کاربردهای آن، که نیمه هادی های مرکب را تولید می کند، و مرکز فناوری های نانو یکپارچه، دانشمندان به تمام ابزارهای تخصصی مورد نیاز برای طراحی، ساخت و تجزیه و تحلیل این مواد جاه طلبانه جدید دسترسی دارند.این دستگاه با مشارکت Sandia و یک گروه تحقیقاتی به رهبری فیزیکدان ماریا چخوا طراحی، ساخته و آزمایش شد. او متخصص درهم تنیدگی کوانتومی فوتون‌ها در مؤسسه ماکس پلانک برای علوم نور است.”متاسطحها منجر به تغییر پارادایم در اپتیک کوانتومی می‌شوند و منابع بسیار کوچک نور کوانتومی را با طیف گسترده ترکیب می‌کنند. توماس سانتیاگو-کروز گفت: امکانات مهندسی حالت کوانتومی. او یکی از اعضای تیم ماکس پلانک و اولین نویسنده این مقاله است.برنر او که بیش از یک دهه در مورد فرامواد مطالعه کرده است، گفت: این جدیدترین تحقیق احتمالاً می تواند انقلاب دومی را ایجاد کند – انقلابی که این مواد را نه تنها به عنوان یک نوع جدید از لنز، بلکه به عنوان یک فناوری برای پردازش اطلاعات کوانتومی و سایر کاربردهای جدید می بیند. «یک موج با فراسطح وجود داشت که از قبل به خوبی تثبیت شده و در راه است. شاید موج دومی از برنامه‌های کاربردی نوآورانه در راه باشد.مرجع: «متاسطح‌های تشدیدکننده برای تولید حالت‌های کوانتومی پیچیده» توسط توماس سانتیاگو-کروز، سیلوین دی. جنارو، اولگ میتروفانوف، سادویکاس آدامان، جان رنو، ایگال برنر و ماریا وی. چخوا، 25 اوت 2022، علم.DOI: 10.1126/science.abq8684