Kuantum dünyasını günlük klasik dünyamızdan ayıran şeylerden biri, iki veya daha fazla nesnenin kaderlerini birbirine bağlayan görünmez bir bağlantıyı paylaşması anlamına gelen dolaşıklık kapasitesidir. Dolaşıklık, kuantum bağlantısının en aşırı versiyonudur; burada bir parçacığı ölçmeniz, bir başkası hakkında bilmeniz gereken her şeyi size söyleyebilir. Bunun dışında, parçacıklar, bir parçacığı ölçmenin size bir başkası hakkında bazı eksik bilgiler vereceği kesin kuantum yollarıyla yine de senkronize olabilir. Bu tür kuantum korelasyonları, klasik olanlardan daha kesin ölçümler yapmak için kullanılabilir. Örneğin, tespit etmemize yardımcı olabilirler. yerçekimi dalgaları.
Işık fotonları genellikle doğal olarak bu şekilde bağlanmaz. Ancak bunu yaptıklarında, kuantum ilişkili fotonlar, malzemelerin kuantum özelliklerini incelemek için potansiyel olarak yararlı olabilir. Bununla birlikte, bu kuantum ışığını üretmek zor bir iştir ve şimdiye kadar büyük ölçüde yalnızca birkaç fotonla sınırlı kalmıştır.
Öte yandan elektronlar, atomlar ve moleküller, malzemelerin içindeki toplu kuantum korelasyonlarına her zaman katılırlar. Örneğin, bir metalin içinde senkronize olan elektronlar, düşük sıcaklıklarda süper iletkenliğe yol açar ve fizikçiler yüksek sıcaklıkta süper iletkenlik, egzotik fraksiyonel elektron malzemeleri ve daha fazlasını tahmin eder. Şimdi İsrail, Avusturya, İngiltere ve ABD’deki fizikçilerden oluşan bir ekip, bu tür malzemelerden gelen karmaşık kuantum korelasyon modelini ışığa basmanın bir yolunu buldu. Bu yöntem, geniş bir frekans aralığında parlak kuantum ışığı üretebilir. son zamanlarda açıklanan Doğa Fiziği.
“Gözlerinizle görebileceğiniz bir kuantum ışığına sahip olduğunuzu hayal edin” diyor. İdo KaminerTechnion–Israel Institute of Technology’de elektrik ve bilgisayar mühendisi ve çalışmanın kıdemli yazarı. “Bu harika olurdu ve ayrıca kuantum bilimi uygulamaları için başka türlü düşünmeyeceğiniz pek çok avantaja sahip olurdu.”
Araştırmacıların fikri, parlak ışık patlamaları yaratmak için var olan bir sürece dayanıyor. Yüksek harmonik üretim olarak bilinen bu işlem, parlak bir lazer ışınının bir atom gazı veya daha yakın zamanda birçok mineral güneş kreminde aktif bileşen olan çinko oksit gibi katı bir kristal üzerine parlamasını içerir. Gaz halindeki atomlar veya katılar lazer ışığını emer ve ardından daha yüksek harmoniklerde ışık yayar: giriş ışığı bir piyanonun orta C’si gibiyse, yayılan ışık yüzlerce oktav yukarısındaki birçok C notası ile karşılaştırılabilir.
Emisyonlar birleşerek saniyenin en küçük kesrinde (milyarda birinin milyarda biri) geçen ışık darbeleri üretir. Elektronlara, atomlara veya moleküllere yönlendirilirse, bu kısa patlamalar yüksek kare hızlı videolar çekmek için kullanılabilir.
Yeni çalışmaları için araştırmacılar, ister gaz ister mineral olsun, bir kaynak materyal içindeki kuantum korelasyonlarının, ortaya çıkan ışık patlamalarının kuantum özelliklerini nasıl etkileyeceğini anlamayı amaçladılar. “Yüksek harmonik üretimi çok önemli bir alandır. Ve yine de yakın zamana kadar klasik bir ışık resmiyle tanımlanıyordu,” diyor Kaminer.
Kuantum mekaniğinde, aynı anda birkaç parçacıktan fazlasında neler olup bittiğini anlamak herkesin bildiği gibi zordur. Laboratuvarında yüksek lisans öğrencisi olan Kaminer ve Alexey Gorlach, yüksek harmoniklerde yayılan ışığın tamamen kuantum tanımlamasında ilerleme kaydetmeye çalışmak için COVID’in dayattığı izolasyonu kullandılar. “Gerçekten çılgınca; Alexey, daha önce hiç sahip olmadığımız bir ölçekte süper karmaşık bir matematiksel tanım oluşturdu,” diyor Kaminer.
Ardından, bu ışığı üretmek için kullanılan malzemenin kuantum özelliklerini tam olarak birleştirmek için Kaminer ve Gorlach, o zamanlar Cambridge Üniversitesi’nde yüksek lisans öğrencisi ve şimdi Harvard Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan Andrea Pizzi ile birlikte çalıştı.
Madrid Özerk Üniversitesi’nde hafif madde etkileşimi uzmanı ve fizikçi olan ve çalışmaya dahil olmayan Elena del Valle, “Bu, çok zorlu mezoskopik dünyaya saldırmak için çok güzel bir matematiksel çerçeve” diyor. “Mezoskopik”, orta sayıda parçacığı birleştiren herhangi bir şeyi ifade eder: birkaç taneden fazla ama bireysel davranışın tamamen alakasız olduğu kadar çok değil. Burada, bu, birçok foton ve onların kuantum korelasyonları anlamına gelir.
Araştırmacıların sonuçları, kaynağın kuantum korelasyonlarının yayılan ışığın kuantum korelasyonlarına nasıl dönüşeceğini tam olarak açıklıyor.
Böyle bir kuantum ışığı deneylerde başarılı bir şekilde üretilirse, pratik kullanımın iki ana yolu vardır. İlk olarak, onu oluşturan malzeme hakkında fikir verebilir. Kaminer, “Kuantum özellikleri, yüksek sıcaklık süper iletkenleri gibi pek çok şeyin merkezinde yer alır” diyor. “Ve bu sana başka türlü göremeyeceğin bir şey öğretir.”
İkincisi, kuantum ışığı, özellikle x-ışını görüntüleme durumunda bir kaynak olarak kullanılabilir. Bu alemde, ilişkili ışık, başka türlü erişilemeyecek olan ekstra kuantum bilgisini yakalayabilir. Kaminer, “Röntgen rejimine geçtiğinizde, o zaman onu numuneleri inceleyerek görüntüleme malzemeleri için kullanabilirsiniz” diyor.
Kaminer, günümüzde yüksek harmonik üretimi için kullanılan atomların ve malzemelerin ilginç kuantum özelliklerine sahip olmadığını ve bu nedenle kuantum ışığı üretmediğini söylüyor. Çalışmak üzere bir malzeme seçmek ve laboratuvarda bu ışığı yaratmak için bilim insanları bir deney grubuyla ekip oluşturmayı hedefliyor. Gerçek bir uygulamanın kolay olmayabileceği konusunda uyarıyorlar.
Pizzi, “Buradan deneye kadar hala biraz sıkı çalışma, yenilikçi mühendislik ve teorik gelişmeler olacak” diyor. Ancak araştırmacıların pek çok ümit verici deneysel fikri var ve Pizzi ve işbirlikçilerinin yanı sıra alandaki diğer kişiler de iyimser. Del Valle, “Bütün bunları birkaç atom için, güçlü bir darbeli uyarım altında bir araya getirmek şu anda bilim kurgu değil” diyor. Gerçekleştirilirse, bu teknik bilim adamlarının maddenin tam kuantum karmaşıklığını daha önce hiç olmadığı gibi bir an için görmelerine izin verebilir.
Kaynak : https://www.scientificamerican.com/article/quantum-light-could-probe-chemical-reactions-in-real-time/