Uluslararası bir ekiple çalışan Arizona Üniversitesi’nden araştırmacılar, ultra hızlı ışık atımlarını kullanarak kuantum belirsizliğini gerçek zamanlı olarak yakaladılar ve kontrol ettiler. Onların keşfi, dergide yayınlandı Işık: Bilim ve Uygulamalardaha güvenli iletişime ve ultrafast kuantum optiklerinin geliştirilmesine yol açabilir.
Makalenin ilgili yazarı ve Fizik ve Optik Bilimler Doçenti Mohammed Hassan, atılımın kalbinde “sıkılmış ışık” dedi.
Kuantum fiziğinde ışık, bir parçacığın konumuna ve yoğunluğuna kabaca karşılık gelen iki bağlantılı özellik ile tanımlanır – ancak asla belirsizlik olarak bilinen bir kavram olan mükemmel hassasiyetle bilinemez. Bu iki ölçümün ürünü, bir balondaki sabit hava miktarı gibi, her ölçüm balonun bir tarafını temsil ederek belirli bir eşiğin altına düşemez.
Hassan, “Sıradan ışık yuvarlak bir balon gibidir, belirsizlik ölçümleri arasında eşit olarak yayılır.” Dedi. “Sıkılmış ışık – aynı zamanda kuantum ışığı olarak da bilinir – bir özelliğin daha sessiz ve daha hassas hale geldiği bir oval içine gerilirken, diğeri daha gürültülü büyür.”
Bu sıkma gerçek dünya uygulamalarına sahiptir: yerçekimi dalga dedektörleri zaten arka plan gürültüsünü kesmek ve uzak göksel cisimlerin neden olduğu uzay zamanındaki zayıf dalgalanmaları tespit etmek için sıkılmış ışık kullanırlar.
Sıkılmış ışığın önceki uygulamaları milisaniye süren lazer darbelerine dayanıyordu. Hassan, femtosaniyelerde ölçülen ultra hızlı darbelerle veya bir saniyenin dörtte biri ile sıkılmış ışık üretmenin mümkün olup olmadığını araştırmak istedi.
“UltraFast lazer darbeleri ile kuantum ışığı yaratmak devrimci bir adım ve kuantum optik ve ultrafast bilimi birleştiren ilk gerçek uygulama olacaktır.” Dedi. “Ana teknik zorluk, genellikle karmaşık kurulumlar gerektiren farklı renklerde lazerler arasında aşamalı eşleşmesiydi. Teknolojimizin bu sorunun üstesinden gelebileceğini fark ettim.”
Hassan ve meslektaşları, dört dalga karıştırma adı verilen ve farklı ışık kaynaklarının birbirleriyle etkileşime girdiği ve birbirleriyle birleştiği mevcut bir süreci kullanarak son derece kısa ışık patlamaları üretmek için yeni bir yöntem geliştirdiler. Hassan’ın ultra hızlı darbelerle önceki çalışmalarına dayanan ekip, bir lazeri üç özdeş kirişe ayırdı ve onları kaynaşmış silis içine odakladı ve ultra hızlı sıkılmış ışık üretti.
Ultra hızlı sıkılmış ışığa daha önceki yaklaşımlar, bir foton fazındaki belirsizliği veya dalga formundaki konumunu dalga boyuna göre azaltır. Hassan’ın ekibi bunun yerine bir fotonun yoğunluğunu sıktı ve silisin bölünmüş kirişe göre konumunu ayarlayarak yoğunluk ve faz-squeezing arasında dalgalanma yeteneğini gösterdi.
Silika dikse, fotonların hepsi bir araya gelir. Olay açısını hafifçe ayarlayın ve bir foton diğerinden daha geç gelir. Bu küçük değişiklik, sıkmayı kontrol eden şeydir.
Hassan, “Bu, ultra hızlı sıkılmış ışığın ilk gösterisi ve kuantum belirsizliğinin ilk gerçek zamanlı ölçümü ve kontrolü.” Dedi. “UltraFast lazerlerini kuantum optiklerle birleştirerek, yeni bir alana kapıyı açıyoruz: UltraFast Kuantum Optik.”
Ekip tekniğini zaten güvenli iletişim alanına uyguladı. Ultrafast ve sıkılmış ışık darbeleri daha önce ikili verileri iletmek için ayrı olarak kullanılmış olsa da, bunları birleştirmek hem hızı hem de güvenliği arttırır.
Hassan, “Birisi kuantum ışığı ile gönderilen verileri keserse, ağ derhal izinsiz girişi tespit edecektir – ancak davetsiz misafir hala bir kod çözme anahtarı ile bazı bilgiler alabilir.” Dedi. “Yöntemimizi kullanarak, bir kulak misafiri sadece kuantum durumunu rahatsız etmekle kalmaz, aynı zamanda hem anahtarı hem de tam nabız genliğini bilmelidir. Girişimleri genlik sıkmayı etkiler, yani doğru belirsizliği belirleyemezler ve kod çözülmüş veriler yanlıştır.”
Güvenli iletişimin ötesinde, Hassan ultra hızlı kuantum ışığının kuantum algılamasını, kimyayı ve biyolojisini ilerletmesini ve çevresel izleme için daha hassas teşhis, yeni ilaç keşif yöntemleri ve ultrasensitif dedektörlere yol açacağını umuyor.
Hassan, optik ve fizik okuyan yüksek lisans öğrencisi ve makalenin ilk yazarı Mohamed Sennary ile birlikte çalıştı; Mohammed Elkabbash, optik bilim yardımcı doçenti; ve Barselona Bilim ve Teknoloji Enstitüsü, Münih Ludwig Maximilian Üniversitesi ve Katalan Araştırma ve İleri Araştırmalar Enstitüsü’nden ortak çalışanlar.
