رونمایی از مرز کوانتومی جدید: درهم تنیدگی دامنه فرکانسی

خلاصه خبر:

دانشمندان با معرفی درهم تنیدگی مسیر شماره فوتون دامنه فرکانسی با استفاده از یک باریکه شکن فرکانسی جدید، به موفقیت بزرگی در فیزیک کوانتومی دست یافته‌اند. این پیشرفت شامل توزیع فوتون ها در دو فرکانس به جای مسیرهای فضایی است. محققان با موفقیت یک حالت NOON دو فوتونی را در یک فیبر تک حالته ایجاد کردند که تداخل دو فوتونی را با وضوح دو برابر تداخل تک فوتون نشان داد. این پیشرفت فرصت های جدیدی را برای تداخل سنج های پایدار و پردازش اطلاعات کوانتومی در حوزه فرکانس باز می کند. کاوش درهم تنیدگی دامنه فرکانس نویدبخش پیشرفت در فناوری‌های کوانتومی، با کاربردهای بالقوه در سنجش کوانتومی و شبکه‌های ارتباطی امن است.

توضیحات تکمیلی:

دانشمندان با معرفی شکل جدیدی از درهم تنیدگی کوانتومی به نام درهم تنیدگی مسیر تعداد فوتون دامنه فرکانسی (frequency-domain photon number-path entanglement)، پیشرفت چشمگیری در فیزیک کوانتومی داشته اند. این توسعه شامل یک ابزار پیشرفته به نام باریکه شکن فرکانسی است که می تواند فرکانس فوتون های منفرد را با نرخ موفقیت 50 درصد تغییر دهد.

به طور رایج، جامعه علمی بر درهم تنیدگی مسیر شماره فوتون در حوزه فضایی متمرکز شده است که کاربردهایی در مترولوژی کوانتومی، علم اطلاعات و محاسبات کوانتومی دارد. این مفهوم شامل چیدمان فوتون ها در الگوهای خاصی است که به حالت های NOON معروف هستند، جایی که آنها در یک مسیر یا مسیر دیگر متمرکز می شوند. این چیدمان تصویربرداری با وضوح فوق العاده، حسگرهای کوانتومی پیشرفته و توسعه الگوریتم هایی برای کارهای حساس به فاز را امکان پذیر می کند.

در مقاله اخیر  در Light: Science & Applications، تیمی از دانشمندان به رهبری پروفسور Heedeuk Shin از دانشگاه علم و صنعت پوهانگ در کره با موفقیت حالت های درهم تنیده ای را در حوزه فرکانس ایجاد کرده اند که مشابه حالت های NOON حوزه فضایی هستند اما  به جای تقسیم فوتون ها بین دو مسیر، آنها در دو فرکانس توزیع می شوند.

محققان با ایجاد حالت NOON دو فوتونی در یک فیبر تک حالته با استفاده از باریکه شکن فرکانسی به این موفقیت دست یافتند. آنها تداخل دو فوتون را با وضوح دو برابر در مقایسه با تداخل تک فوتون نشان دادند که پایداری و پتانسیل قابل توجهی را برای کاربردهای آینده به نمایش گذاشت.

با تغییر مفهوم تداخل از مسیرهای فضایی به فرکانس های مختلف، تیم تداخل سنج پایدار بی سابقه ای ایجاد کرد. این پیشرفت نه تنها درک ما از دنیای کوانتومی را گسترش می دهد، بلکه امکانات جدیدی را برای پردازش اطلاعات کوانتومی در حوزه فرکانس باز می کند.

اکتشاف درهم تنیدگی دامنه فرکانس نویدبخش پیشرفت در فناوری‌های کوانتومی با کاربردهای بالقوه در سنجش کوانتومی و شبکه‌های ارتباطی امن است. این دستاورد مهم در دستکاری حالات کوانتومی در حوزه فرکانس، راه را برای کشف پدیده‌های کوانتومی جذاب و پردازش اطلاعات کوانتومی مقیاس‌پذیر هموار می‌کند.

منبع

Dongjin Lee et al, NOON-state interference in the frequency domain, Light: Science & Applications (2024). DOI: 10.1038/s41377-024-01439-9