Optik araştırmacıları, kuantum dalgalanmalarının ilk kez kontrol edildiğini söylüyor - Fizik Dünyası

Boş uzayda mevcut olan rastgele enerji dalgalanmalarından yararlanmak ve dalgalanmaları uygulamalı bir alanla saptırmak için yeni bir teknik, ABD'li bilim adamları tarafından gösterildi. Araştırmacılar, tekniğin olasılıksal optik hesaplamada algılamadan rastgele sayı oluşturmaya kadar uygulamalara sahip olabileceğine inanıyor.

Bir parçacığın momentumdan tamamen yoksun kalmasını yasakladığı gibi, Heisenberg'in belirsizlik ilkesi de bir sistemin tamamen enerjiden yoksun olmasını engeller. Bu nedenle kuantum mekaniğinde, elektrik alanındaki rastgele frekanslardaki küçük dalgalanmalar nedeniyle bir boşluk doldurulur. Bunlar normalde deneysel olarak anlamlı olamayacak kadar küçüktür, ancak belirli durumlarda önemli hale gelebilirler.

Örneğin 2021'de teorik fizikçi Ortwin Hess Trinity College Dublin ve liderliğindeki meslektaşları Hui Cao Connecticut'taki Yale Üniversitesi'ndeki bir araştırmacı, çok modlu bir lazerden rastgele bir sayı üreteci üretmek için bu dalgalanmalardan yararlandı. Hess şöyle açıklıyor: "O zamanlar kullandığımız lazer tanımında, birçok modun etkileşiminden kaynaklanacak öngörülemezliği ve darbeyi [açıklamıştık]"; “Fakat bu, kuantum dalgalanmalarının toplanmasına olanak sağlayan çok ilginç bir sonuçtu.”

Rastgele zorluklar

Kriptografi ve bilgisayar simülasyonlarında yaygın olarak kullanılmasına rağmen, gerçek rastgele sayı kümelerinin üretilmesi oldukça zordur. Bu, Cao ve Hess'in çalışmalarını kuantum optiği alanı dışında büyük ilgi uyandırıyor.

Yeni çalışmada, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'ndeki (MIT) araştırmacılar, kuantum dalgalanmalarına müdahale etmek için harici bir sinyal uygulayarak ve bu müdahalenin etkisini ölçerek bu kavramı bir adım daha ileri götürdüler. Yannick Salamin, Charles Roques-Carmes ve meslektaşları bir lityum niyobat kristalini optik bir boşluğa yerleştirdiler ve bunu bir lazerden gelen fotonlarla pompaladılar. Bu, kristalde, pompalanan fotonların enerjisinin tam olarak yarısı kadar iki foton üretecek şekilde bozunan heyecanlı durumlar yarattı.

Salamin şöyle açıklıyor: "Bu fotonların sahip olacağı faz tamamen rastgeledir çünkü vakum dalgalanmaları tarafından tetiklenirler, ancak şimdi foton boşlukta dolaşacak ve bir sonraki foton geldiğinde aynı fotona enerji verebilir." ve onu güçlendirin. Ancak etkinin fiziksel doğası nedeniyle yalnızca iki olası aşama güçlendirilebiliyor."

Çatallanma geçişi

Fotonlar başlangıçta her iki fazda da güçlendirilir, ancak sistem bir "çatallanma geçişine" uğrar ve bu modda kayıpların üstesinden gelmeye yetecek kadar enerji biriktiğinde modlardan birini veya diğerini seçer. Roques-Carmes, "Bir kez kararlı duruma geçtiğinizde sonuç sabittir" diye açıklıyor. "Yeni bir örnek almak istiyorsanız tüm süreci yeniden başlatmanız, vakum dağıtımına geri dönmeniz ve çatallanmayı tekrar yapmanız gerekir" diye ekliyor.

Hiçbir dış sapma uygulanmadığında boşluğun iki olası moddan herhangi birinde sonuçlanma olasılığı eşitti ve tekrarlanan denemelerden sonra çeşitli sonuç kombinasyonlarının göreceli frekansları mükemmel bir Gauss dağılımı oluşturdu. Araştırmacılar daha sonra vakum dalgalanmaları sırasına gelene kadar zayıflatılmış darbeli bir elektromanyetik alan uyguladılar. Sistem yine de her iki duruma da yerleşebilse de, bir durumu diğerine tercih etme olasılığını saptırabileceklerini buldular. Daha güçlü bir önyargı uyguladıklarında sistem sürekli olarak aynı durumu seçti.

Hızlı kuantum rastgele sayı üreteci parmak ucuna sığar

Ekip şu anda olasılıksal hesaplama da dahil olmak üzere olası uygulamaları inceliyor. Roques-Carmes, "Genel fikir, birçok p-biti (olasılıksal bit) bir araya getirerek bir p-bilgisayar oluşturabileceğimizdir" diyor. "Belirsizliği kodlayabilmek istediğiniz birçok bilim alanı var… Bu fotonik p-bit'i alıp onu bir fotonik işleme ünitesine dahil etmeyi planlıyoruz." Araştırma aynı zamanda sistemin küçük elektrik alanlarına duyarlılığını bir sensör üretmek için kullanma olasılığını da araştırıyor.

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Bilim ve Hess makalede açıklanan sonuçlara meraklı. Bu son çalışmada yer almayan Hess, "Bu oldukça sıra dışı, çünkü neredeyse hiçbir şeyi hiçbir şey olmadan ön yargılı hale getiriyorsunuz" diyor. "Beni etkileyen şey, taslağı çok güzel bir şekilde yazmalarıydı; Lamb ve Purcell gibi lazer biliminin büyük ustalarından bazılarıyla çok güçlü bir şekilde bağlantı kuruyorlar; Hawking ve Unruh'tan alıntı yapıyorlar. 1950'lerde ve 1960'larda bu süreçlerin ne kadarının ortaya çıktığı ve dalgalanmaların meydana geldiği yere göre nasıl değiştirilebileceği gerçekten açık değildi. Bunun kullanılabileceği daha birçok uygulama var ama temel bir bakış açısıyla ben' Kuantum istatistiklerinin bir şekilde önyargılı olsa bile hala kuantum istatistikleri olduğunu deneysel olarak göstermiş olmaları beni çok etkiledi.”

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. Otomotiv / EV'ler, karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• Blok Ofsetleri. Çevre Dengeleme Sahipliğini Modernleştirme. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/quantum-fluctuations-are-controlled-for-the-first-time-say-optics-researchers/