ساخت هولوگرام کوانتومی تنها با یک ذره نوری

به گزارش کلیک، این موفقیت راهنمایی است به سوی عصر جدیدی از هولوگرافی که دید نوینی از محیط کوانتومی را برای دانشمندان به ارمغان می‌آورد.

بر خلاف عکاسی، هولوگرافی قادر است تا ساختار فضایی اجسام را بازسازی کند و به آن‌ها شکلی سه بعدی بدهد. این تکنیک از موضوعی با نام اصطلاحی "دخالت کلاسیک" (classical interference) نشات می‌گیرد که معنی آن زمانی است که دو موج با یکدیگر برخورد کرده و یک موج جدید می‌سازند.

با این حال دخالت کلاسیک از این جهت ناممکن است چرا که فاز فوتون ها (یک ویژگی از موج‌ها) به طور مداوم در حال نوسان کردن است. بنابراین فیزیک ورشو تلاش کرد تا هولوگرام‌های کوانتومی را با استفاده از دخالت کوانتومی مانند یک دارو بررسی کند که در آن، توابع موج فوتونی (که باید با احتمال حضور ذره در یک حالت مشخص انجام شود) اثر گذار هستند.

به گفته سازمان فیزیک: "تابع موجی یک نظریه اساسی در مکانیک کوانتوم است و هسته مهم‌ترین قواعد آن معادله شرودینگر است."

این سازمان همچنین اعلام کرد: در دستان یک فیزیکدان با مهارت، این تابع می‌تواند مانند یک مجسمه تراش باشد. زمانی که با مهارت به آن شکل دهید، می‌تواند مانند یک مدل کوانتومی از سیستم ذره تجسم پیدا کند.

چرا فوتون؟

زمان فیلم‌برداری از رفتار جفت فوتون‌ها، رادوسلاو کراپکیویز و میشال جاکورا، دو تن از پژوهشگران، چیزی را مشاهده کردند که دخالت دو فوتونی نام دارد. در دخالت دو فوتونی، جفت‌هایی از فوتون‌های قابل تمیز به طور راندوم و در زمانی که وارد یک شکاف دهنده پرتویی می‌شوند، عمل می‌کنند (که منجر به تقسیم یک اشعه نوری می‌شود).

با این حال فوتون‌های تفکیک ناپذیر دخالت کوانتومی را از خود نشان می دهند که بر رفتار آن‌ها تأثیر گذار است. این جفت‌ها همواره در حال پراکنده شدن و یا تأثیر گرفتن از یکدیگر هستند.

کراپکیویز می گوید: در ادامه این تجربه، ما الهام گرفتیم که این پرسش را مطرح کنیم که آیا دخالت کوانتومی دو فوتونی می‌تواند به طور مشابه جهت دخالت کلاسیک در هولوگرافی به کار رود؟ در صورتی که این استفاده از هولوگرافی در جهت استفاده از فوتون‌های با حالت شناخته شده برای جمع آوری اطلاعات بیش تر درباره فوتون‌های با حالت ناشناخته صورت بگیرد.

وی ادامه داد: بررسی ها و آنالیزها، ما را به نتیجه‌ای شگفت انگیز رساند و آن این که نشان داد زمانی که دو فوتون دخالت کوانتومی را به نمایش می‌گذارند، دوره این دخالت وابسته است به شکل جبهه امواج آن‌ها (یک رویه خیالی که به تمامی نقاط نزدیک با فاز یکسان پیوند می‌خورد.)

درک مکانیک کوانتوم

این تجربه مفاهیم عظیمی برای درک قوانین پایه مکانیک کوانتوم داشت. مکانیک کوانتوم یک رشته از فیزیک است که به مدت بیش از یک قرن دانشمندان فیزیک را مبهوت خود کرده بود. این زمینه به دانشمندان اجازه می‌دهد تا اطلاعات ارزشمندی را درباره فاز تابع موجی فوتون به دست آورند.

جاکورا در این باره می‌گوید: تجربه ما یکی از نخستین تجربیات در این زمینه است که به ما اجازه می‌دهد تا به طور مستقیم یکی از پارامترهای اساسی تابع موجی فوتون، یعنی فاز آن را مشاهده کنیم. این مشاهدات ما را یک پله به درک این که تابع موجی فوتون چه چیزی است نزدیک‌تر می‌کند.

این پژوهشگران امیدوار هستند تا بتوانند این روش را برای ساخت هولوگرام‌هایی از موضوعات پیچیده کوانتومی بیشتری به کار ببرند که ممکن است مفاهیمی داشته باشد که باعث شوند دانش بنیادی به دنیای کاربردهای جهان واقعی وارد شود.

کونارد بانازک، یکی از پژوهشگران این تجربه اذعان داشت: تمام ما فیزیکدانان باید از این ابزار جدید استفاده کنیم. احتمال می‌رود که هولوگرام‌های کوانتومی تا چند دهه فرصت چاپ بر روی سطوح و دیده شدن را پیدا نکنند. با این همه، یک چیز وجود دارد که می توانیم از آن مطمئن باشیم و آن این که وقتی این هولوگرام‌ها ظاهر شوند، شگفت انگیز خواهند بود.