موفقیت فیزیکدانان در تداخل کوانتومی دو فونون برای اولین بار!

یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه اوزاکای ژاپن، برای اولین بار موفق به مشاهده ی تداخل کوانتومی دو فونون شدند. با دیپ لوک همراه باشید…تداخل کوانتومی یکی از پدیده هایی است که به کمک مکانیک کلاسیکی هم میتوان آن را درک کرد. تداخل به معنای برهم نهی دو موج  و بدست آمدن یک موج نهایی است (تداخل سازنده و مخرب). آزمایش های تداخلی کوانتومی دو ذره، قبلاً با استفاده از دو فوتون و دو اتم انجام شده بود، اما در این پژوهش برای نخستین بار تداخل  دو فونون مشاهده شد. نتیجه ی این پژوهش به تازگی در ژورنال nature منتشر شده است. این تداخل به کمک دو یون کلسیم سرد در دام های یونی انجام شد. این یون ها از نظر فضایی، ذرات باردار را محبوس می کنند. این تحقیق ثابت کرد که فونون ها و فوتون ها، دارای ویژگی های مشترکی هستند که به پردازش اطلاعات کوانتومی شامل شبیه سازی کوانتومی با استفاده از فونون ها و تداخل کوانتومی بسیار کمک می کند. در واقع دام های یونی، تکینک بسیار مهمی در پردازش اطلاعات شامل محاسبات کوانتومی است و تحقیق در این زمینه در سال ۲۰۱۲، جایزه ی نوبل را نصیب دکتر دیوید واینلند از ایالات متحده کرد.

فونون ها در ویکی پدیا به صورت زیر تعریف می شوند:

فونون، یک کوانتوم انرژی است (مقایسه شود با فوتون)، که در نقش یک شبه‌ذره، حرکت نوسانی اتمها در کریستال را توجیه می‌کند. در فیزیک ماده چگال، فونون نقش بسیار مهمی دارد و بسیاری از خاصیتهای مواد جامد از جمله رسانایی گرمایی و رسانایی الکتریکی توسط فونون‌ها صورت می‌گیرد. فونون به عنوان شبه‌ذره یک بوزون است، یعنی اینکه از آمار بوز-اینشتین تابعیت می‌کند.

نحوه ی آزمایش

در این تحقیق، دانشمندان از یک لیزر برای تابش ۲ یون کلسیم و برای حذف کامل هرگونه انرژی حرکتی از یون ها استفاده کردند که در نتیجه، یک فونون در محل هر یون تشکیل می شود. از آنجایی که برهمکنش دوطرفه ای بین دو یون وجود دارد، فونون ها حرکت کرده  و با یکدیگر تداخل می کنند. اگر ذرات کلاسیکی باشند، این احتمال وجود دارد که به طور جداگانه در هر مکان، آشکارشوند، ولی ما اینجا با فونون های کوانتومی سروکار داریم و در نتیجه به خاطر اثرات تداخلی، پیش بینی می شود که دو فونون به طور همزمان در یکی از دو مکان، آشکار شوند و در واقع احتمال آشکارشدن در دو مکان متفاوت حذف می شود. در واقع آزمایش  همین پیش بینی را تایید کرد و نشان داد که احتمال آشکارسازی همزمان فونون ها در دو مکان متفاوت ، نزدیک به صفر است. این پدیده، اثر تداخلی ذرات بوزونی مانند فوتون ها و فونون ها است. از آنجایی که این پدیده را فقط می توان زمانی که ذرات کوانتومی به طور همزمان تهیه شده باشند، مشاهده کرد، احتمال موفقیت آن با فوتون ها، محدود است. اما به کمک دام های یونی، فونون ها می توانند به خوبی این تداخل را نشان دهند.

برگرفته از: phys.org