دانشمندان نشان می دهند که فوتون ها می توانند "زمان منفی" را به عنوان برانگیختگی اتمی سپری کنند

خلاصه خبر:

محققان دانشگاه تورنتو و دانشگاه گریفیث نشان داده‌اند که فوتون‌ها می‌توانند باعث شوند اتم‌ها «زمان منفی» را در حالت‌های برانگیخته خود تجربه کنند و ایده‌های سنتی تعامل نور-ماده را به چالش بکشند. آنها با استفاده از اثر cross-Kerr، زمان‌های برانگیختگی اتمی را اندازه‌گیری کردند و نشان دادند که فوتون‌های ارسالی باعث تأخیرهای گروهی منفی می‌شوند، به این معنی که به نظر می‌رسد فوتون‌ها اتم‌ها را قبل از رسیدنشان برانگیحته می‌کنند! این کشف نشان میدهد که زمان منفی در سیستم های کوانتومی اهمیت فیزیکی واقعی دارد. اگرچه این یافته‌ها مستقیماً با محاسبات کوانتومی مرتبط نیستند، می‌توانند با بهبود کنترل برهم‌کنش فوتون-اتم، بر حافظه کوانتومی و سیستم‌های ارتباطی تأثیر بگذارند. این مطالعه راه‌های جدیدی را برای بررسی رفتار نور و زمان در مکانیک کوانتومی باز می‌کند .

توضیحات تکمیلی:

محققان دانشگاه تورنتو و دانشگاه گریفیث کشف کرده اند که فوتون ها می توانند باعث شوند اتم ها "زمان منفی" را در حالت های برانگیخته خود تجربه کنند. این پدیده دیدگاه‌های مرسوم از کنش متقابل ماده-نور را به چالش می‌کشد، جایی که زمان به طور سنتی به عنوان یک عامل مثبت و پیش‌رونده در نظر گرفته می‌شود. یافته‌های آن‌ها که در سرور پیش‌چاپ arXiv منتشر شد، نشان می‌دهد که تاخیرهای گروه منفی- جایی که نور قبل از اینکه منطقاً باید از ماده خارج شود، از آن خارج میشود- اهمیت فیزیکی واقعی در سیستم‌های کوانتومی دارد.

در فیزیک کلاسیک، عبور نور از یک ماده به دلیل برهمکنش با اتم‌ها به تأخیر می‌افتد که منجر به تأخیر گروهی می‌شود. با این حال، زمانی که فرکانس نور نزدیک به رزونانس اتمی باشد، تاخیر گروهی می تواند منفی شود. این نشان می‌دهد که به نظر می‌رسد فوتون‌ها بر اتم‌ها قبل از رسیدن واقعی تأثیر می‌گذارند. این مطالعه از روشی به نام اثر cross-Kerr برای بررسی زمان‌های برانگیختگی اتمی و اندازه‌گیری نحوه تعامل فوتون‌ها با اتم‌ها استفاده می‌کند، حتی زمانی که تاخیر گروه منفی است.

محققان زمان های تحریک اتمی را با استفاده از اتم های روبیدیم-85 و پالس های نور اندازه گیری کردند. آنها مشاهده کردند که زمان برانگیختگی  با تاخیر گروهی مطابقت دارد، حتی زمانی که این تاخیر منفی است. این بدان معناست که فوتون‌ها قبل از رسیدن اتم‌ها را برانگیخته می‌کردند و درک کلاسیک زمان را به چالش می‌کشیدند اما با رفتار عجیب مکانیک کوانتومی همسو می‌شدند.

در حالی که این تحقیق در درجه اول بر درک تعاملات فوتون-اتم متمرکز است، نتایج می تواند پیامدهایی برای محاسبات کوانتومی داشته باشد. کامپیوترهای کوانتومی بر دستکاری دقیق فوتون متکی هستند و این یافته ها می توانند حافظه کوانتومی و سیستم های ارتباطی را با افزایش کنترل بر تعاملات فوتون-اتم بهبود بخشند. این درک بیشتر از رفتار فوتون ممکن است به مدارها و سیستم های کوانتومی کارآمدتر منجر شود.

محققان اذعان دارند که مقیاس‌بندی این نتایج به سیستم‌های کوانتومی پیچیده‌تر نیاز به کاوش بیشتر دارد، اما این کشف راه‌های جدیدی را برای درک و استفاده از زمان در مکانیک کوانتومی باز می‌کند. کار آنها بر پتانسیل بینش‌های کوانتومی عمیق‌تر در مورد نحوه تعامل نور و ماده در سطوح بنیادی تأکید می‌کند.

منبع

https://thequantuminsider.com/2024/10/07/accentuate-the-negative-scientists-show-photons-can-spend-negative-time-as-atomic-excitations/

https://arxiv.org/abs/2409.03680