رمزگشایی از یک معمای قدیمی از مکانیک کوانتومی/ تصویربرداری زنده از درهم‌تنیدگی ۲ فوتون_صبح سریع

در جهانی که حرکت ذرات زیراتمی با قوانین عادی فیزیک نمی‌خواند، دانشمندان به‌تازگی موفق شده‌اند یکی از پیچیده‌ترین اتفاق‌های این دنیا را به عکس بکشند: درهم‌تنیدگی کوانتومی. پژوهشگران دانشگاه اتاوا با همکاری دانشگاه ساپینزای رم، با منفعت‌گیری از فناوری پیشرفته تصویربرداری و مفهومی وام‌گرفته از هولوگرافی دیجیتال، توانسته‌اند برای نخستین‌بار حالت کوانتومی دو فوتون درهم‌تنیده را در زمان واقعی (Real-Time) بازسازی کنند. این فناوری نه‌تنها سرعتی هزاران برابر راه حلهای قبل دارد، بلکه محدودیتی نسبت به پیچیدگی سیستم ندارد؛ دستاوردی که می‌تواند راهگشای نسل بعدی از رایانه‌ها و ارتباطات کوانتومی باشد.

تصویربرداری از تابع موج

برای نخستین‌بار، پژوهشگران موفق شدند حالت کوانتومی دو فوتون درهم‌تنیده را به‌صورت زنده مشاهده و بازسازی کنند؛ گامی بزرگ در فناوری‌های کوانتومی.این تکنیک پیشرفته دانشمندان که بر پایه فناوری دوربین‌های زیاد دقیق بنا شده، امکان تصویربرداری از تابع موج (Wave Function) این فوتون‌ها را در زمان واقعی فراهم می‌کند؛ فرآیندی که پیش‌تر روزها زمان می‌برد، اکنون تنها در چند ثانیه انجام می‌شود.

درهم‌تنیدگی کوانتومی

برای فهمیدن بهتر درهم‌تنیدگی، فکر کنید دولنگه کفش در جعبه‌ای قرار دارند. اگر یکی را به طور اتفاقی بردارید و بفهمید لنگه‌ چپ است، فوراً می‌دانید آن‌ یکی لنگه راست است؛ حتی اگر هزاران کیلومتر دورتر باشد. اما آنچه در فیزیک کوانتومی دلنشین است، این است که تا لحظه مشاهده، نمی‌توان با قطعیت او گفت کدام لنگه را در دست دارید و این یعنی عدم قطعیتت ذاتی.

تابع موج؛ کلید فهمیدن حالت‌های کوانتومی

تابع موج در فیزیک کوانتومی همان ابزاری‌است که اطلاعاتی از موقعیت، شدت، اسپین و دیگر ویژگی‌های ذره را در خود دارد. در رابطه فوتون‌ها نیز این تابع می‌تواند حرکت احتمالی آن‌ها را در آزمایش‌های گوناگون پیش‌بینی کند؛ قضیه‌ای اساسی در گسترش رایانه‌های کوانتومی، مخابرات کوانتومی و تصویربرداری کوانتومی.

توموگرافی کوانتومی

بازسازی حالت کوانتومی کامل ذرات معروف به توموگرافی کوانتومی، با راه حلهای سنتی مبتنی بر «اندازه‌گیری‌های پرژکتیو»، نیازمند هزاران اندازه‌گیری از زوایای گوناگون است. این فرایند نه‌تنها زمان‌بر است، بلکه در سیستم‌های پیچیده‌تر با ابعاد بالا، غیرعملی و زیاد حساس به نویز است.

ورود هولوگرافی دیجیتال به قلمرو کوانتوم

در اپتیک کلاسیک، تکنیکی به نام «هولوگرافی دیجیتال» وجود دارد که تنها با یک عکس تداخلی (interferogram) می‌توان اطلاعات سه‌بعدی یک جسم را بازسازی کرد. پژوهشگران تیم دانشگاه اتاوا با رهبری دکتر ابراهیم کریمی، استاد دانشگاه و مدیر پژوهشگاه NexQT، موفق شدند این روش را به دنیای فوتون‌های کوانتومی گسترش دهند.

در این روش، دو فوتون – یکی با حالت شناخته‌شده و فرد دیگر باحالت ناشناخته – با هم ترکیب و عکس همزمان برخورد آن‌ها در حسگر دوربین ثبت می‌شود. این عکس حاوی الگوهای تداخلی است که می‌توان از آن‌ها تابع موج فوتون‌های ناشناخته را بازسازی کرد.

دوربینی بادقت نانوثانیه

عنصر کلیدی این پیروزی، دوربینی است که می‌تواند بادقت نانوثانیه‌ای در هر پیکسل، وجود فوتون‌ها را ثبت کند. دکتر السیو دِریکو، از نویسندگان مقاله، می‌گوید: این روش نه تنها سرعتی هزاران برابر زیاد تر دارد، بلکه با افزایش پیچیدگی سیستم، زمان بازسازی تحول نمی‌کند – راه‌حلی برای یکی از بزرگ‌ترین مانع ها توموگرافی کوانتومی.

فناوری‌های نوین کوانتومی

کاربردهای این دستاورد فقطً به نظریه محدود نمی‌شود. با این روش، می‌توان سیستم‌های کوانتومی پیچیده را سریع تر بازدید کرد، ارتباطات کوانتومی ایمن‌تری گسترش داد و حتی فناوری‌های نوینی در تصویربرداری پزشکی یا مخفی‌کاری نوری تشکیل کرد.