أظهر باحثون في الهند أن تشابك الفوتون على أساس متغير مستمر معين ينعش نفسه عندما تنتشر الفوتونات بعيدًا عن مصدرها. يمكن أن يكون هذا الاكتشاف مفيدًا في نقل المعلومات الكمومية بأمان عبر مسافات طويلة والتصوير الكمي في الوسائط المضطربة.
يتم استكشاف التشابك الكمي بين الفوتونات على نطاق واسع من قبل الفيزيائيين ، غالبًا لتطوير تقنيات كمومية جديدة للحوسبة والتواصل والاستشعار والتصوير. تتطلب بعض التطبيقات المحتملة إرسال فوتونات متشابكة عبر مسافات طويلة أو عبر بيئات مضطربة دون خسارة. ومع ذلك ، من الصعب جدًا حاليًا الحفاظ على أنواع معينة من التشابك في ظل هذه الظروف - ويمكن أن يعتمد النجاح على العديد من العوامل ، بما في ذلك كيفية تشفير المعلومات الكمومية في الفوتونات.
الآن أناند جها والزملاء في معمل البصريات الكمومية والتشابك في المعهد الهندي للتكنولوجيا ، قدمت كانبور حلاً ممكنًا باستخدام المواضع الزاويّة للفوتونات لتشفير المعلومات. لاحظوا أن التشابك يبدو وكأنه يختفي مع انتشار الفوتونات ، ولكن بعد ذلك يظهر بشكل غريب. أظهروا أيضًا أن إحياء التشابك يحدث حتى بعد انتقال الفوتونات عبر الهواء المضطرب ، مما يؤدي عادةً إلى تدمير التشابك. يصفون أبحاثهم في علم السلف.
تشابك الفوتون
تتمتع الفوتونات بدرجات مختلفة من الحرية التي يمكن استخدامها لتشفير المعلومات الكمومية. يعتمد الاختيار على نوع المعلومات التي يجب تشفيرها. بالنسبة للكيوبتات ، يمكن استخدام الخصائص المنفصلة مثل الاستقطاب أو الزخم الزاوي المداري للفوتون. لكن في بعض الأحيان ، وخاصة لأغراض الاستشعار والتصوير ، من الأفضل ترميز المعلومات الكمية بشكل مستمر. في مثل هذه التطبيقات ، فإن الخاصية المتشابكة الأكثر استكشافًا - أو "الأساس" - هي موضع الفوتون المعطى بواسطة إحداثياته الديكارتية.
تضفي ظاهرة التشابك الكمومي على الجسيمات علاقة أوثق مما تسمح به الفيزياء الكلاسيكية وهي مستقلة عن أي أساس معين يستخدم لترميز المعلومات الكمومية. ومع ذلك ، فإن طريقة استخدام التشابك أو قياسه في تجربة قد لا تكون مستقلة عن الأساس. ينطبق هذا على "شاهد" التشابك ، وهو كمية رياضية تحدد ما إذا كان النظام متشابكًا أم لا. الشهود يعتمدون على الأساس لقواعد مستمرة وهذا الاعتماد يعني أن بعض أنواع التشابك المستمر يمكن أن تكون أكثر فائدة من غيرها.
بالنسبة لأساس زخم الموقع ، فإن التشابك ، كما يُرى من خلال الشاهد ، يتلاشى بسرعة كبيرة حيث تنتشر الفوتونات بعيدًا عن مصدرها. للتغلب على هذا ، عادة ما يصور العلماء المصدر نفسه لاستخدام التشابك بين الفوتونات. يؤدي أي اضطراب في المسار أيضًا إلى تدمير التشابك بسرعة ، مما يتطلب حلولًا معقدة مثل البصريات التكيفية لإحيائه. تحد هذه الخطوات التصحيحية الإضافية من فائدة هذه الفوتونات المتشابكة.
يستكشف هذا البحث الأخير الذي أجراه جها وزملاؤه كيف يمكن الحفاظ على التشابك باستخدام أساس بديل وثيق الصلة بالموضع - الموضع الزاوي للفوتون.
توليد وخسارة وإحياء التشابك
في تجربتهم ، أنتج الباحثون فوتونات متشابكة عن طريق إرسال ضوء من ليزر "مضخة" عالي الطاقة إلى بلورة غير خطية. في ظل الظروف التي يتم فيها الحفاظ على طاقات وعزم الفوتونات ، سينتج فوتون واحد بمضخة فوتونين متشابكين في عملية تسمى التحويل التلقائي إلى أسفل (SPDC). الفوتونان متشابكان في كل خصائصهما. إذا تم الكشف عن فوتون في أحد المواقع ، على سبيل المثال ، يتم تحديد موضع الفوتون المتشابك الآخر تلقائيًا. يوجد الارتباط أيضًا مع كميات أخرى ، مثل الزخم والموضع الزاوي والزخم الزاوي المداري.
كما رأينا من خلال الشاهد دون أي إجراءات تصحيحية ، لاحظ الباحثون أن تشابك الموضع بين الفوتونات يختفي بعد حوالي 4 سم من الانتشار. من ناحية أخرى ، يحدث شيء مثير للاهتمام لتشابك الموضع الزاوي. يختفي بعد حوالي 5 سم من الانتشار ، ولكن بعد انتقال الفوتونات 20 سم أخرى ، يظهر التشابك مرة أخرى (انظر الشكل). أكد الباحثون نتائجهم التجريبية نوعيا بنموذج عددي.
تعمل طريقة التقطير على تقوية التشابك الكمي في زوج واحد من الفوتونات
لوحظ نفس الاتجاه عندما خلق الفريق بيئة مضطربة في مسار الفوتونات المتشابكة. تم ذلك باستخدام سخان النفخ لتحريك الهواء وتغيير معامل انكساره. في هذه الحالة ، تم إحياء التشابك بعد انتشار الضوء لمسافة أطول تبلغ حوالي 45 سم.
لم يُعرف بعد سبب ظهور التشابك في قاعدة الموضع الزاوي من جديد. الأساس خاص لأنه يلتف حول دائرة كاملة. هذا هو أحد عوامله المميزة ، وفقًا لجها.
على الرغم من أن الدراسة توضح المتانة على مسافات تقل عن متر ، يزعم Jha وزملاؤه أن الإحياء ممكن على مسافات كيلومترات أيضًا. هذا يمكن أن يجعل من الممكن نقل المعلومات الكمومية من خلال الاضطرابات الجوية دون تدمير التشابك. يمكن أن تسمح المتانة من خلال الاضطراب أيضًا بالتصوير الكمي للأجسام في البيئات البيوكيميائية الضبابية مع الحد الأدنى من الغزو أو التدمير.
