کاواکی که منجر به یک برهمکنش قوی بین نور و ماده می‌شود

کاواکی که منجر به یک برهمکنش قوی بین نور و ماده می‌شود

محققان دانشگاه بازل سوییس با استفاده از یک کاواک میکروسکوپی، موفق به ساخت یک حد واسط ماده-نور کوانتومی کارآمد شده‌اند. یک تک‌فوتون درون این کاواک، تابش می‌شود و بالغ بر ده بار توسط یک اتم مصنوعی جذب می‌شود. این پدیده، چشم‌اندازهای جدیدی را برای فناوری‌های کوانتومی باز می‌کند.

فیزیک کوانتومی، فوتون‌ها را به صورت ذرات نور توصیف می‌کند. دستیابی به برهمکنش بین یک تک‌فوتون و یک تک‌اتم، به علت اندازه کوچک اتم، یک چالش بزرگ است، اما ارسال فوتونی که با استفاده از آینه‌ها، چندبار از اتم عبور کرده، احتمال یک برهمکنش را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
محققان به منظور تولید فوتون‌ها، از اتم‌های مصنوعی که نقاط کوانتومی نامیده می‌شوند، استفاده کردند. این ساختارهای نیمه رسانا، مجموعه‌ای از ده‌ها هزار اتم‌اند، اما بیشتر مانند یک اتم رفتار می‌کنند: وقتی به صورت نوری برانگیخته می‌شوند، حالت انرژی آن‌ها تغییر کرده و یک فوتون تابش می‌کنند. با این حال، آ‌ن‌ها، این مزیت فناورانه را دارند که می‌توانند درون یک تراشه نیمه رسانا جاسازی شوند. 

این ذرات نور، مانند یک لامپ معمولا در تمام جهات پرواز می‌کنند. با این حال، محققان برای این آزمایش، نقطه کوانتومی را در یک کاواک با دیوارهای منعکس‌کننده قرار دادند. آینه‌های منحنی، فوتون‌ تابش‌شده را بالغ بر ده هزار بار به عقب و جلو منعکس می‌کنند که این امر منجر به برهمکنش بین نور و ماده می‌شود.

اندازه‌گیری‌ها نشان می‌دهند که یک تک‌فوتون، تابش شده و بالغ بر ده بار به وسیله‌ی نقطه کوانتومی جذب می‌شود. در سطح کوانتومی، فوتون به یک حالت انرژی بالاتر اتم مصنوعی تبدیل می‌شود و این پدیده بسیار سریع رخ می‌دهد که در بحث فناوری های کوانتومی، بسیار مطلوب است: یک چرخه، فقط ۲۰۰ پیکوثانیه طول می‌کشد.

تبدیل یک کوانتوم انرژی از یک نقطه کوانتومی به یک فوتون و دوباره برعکس، به لحاظ نظری، تایید شده، اما هیچ‌کس تا کنون این نوسانات را با این وضوح مشاهده نکرده بود. این آزمایش موفق، بسیار مهم است، زیرا هیچ برهمکنش فوتون-فوتون مستقیمی در طبیعت وجود ندارد. با این حال، یک برهمکنش کنترل‌شده برای استفاده در پردازش اطلاعات کوانتومی لازم است.

طبق قوانین فیزیک کوانتومی، با تبدیل نور به ماده، یک برهمکنش بین فوتون‌های منفرد، به طور غیر مستقیم ممکن می‌شود، یعنی از طریق انحراف یک درهم تنیدگی بین یک فوتون و یک اسپین تک‌الکترون به دام افتاده در یک نقطه کوانتومی. اگر چند عدد از چنین فوتون‌هایی درگیر شوند، می‌توان گیت‌های کوانتومی را از طریق فوتون‌های درهم تنیده ساخت. این یک مرحله حیاتی در تولید کیوبیت‌های فوتونی است که می‌توانند اطلاعات را با استفاده از حالت کوانتومی ذرات نور و انتقال آن‌ها در طول فواصل طولانی ذخیره کنند.
منبع: phys.org
كلمات كليدي :
برهمکنش نور و ماده
 
امتیاز دهی
 
 

نظر شما
نام  
پست الكترونيک
وب سایت
متنی که در تصویر می بینید عینا تایپ نمایید
نظر