اپتیک و کوانتوم

چالش طولانی مدت متحد کردن این دو ستون فیزیک، دانشمندان را برای دهه‌ها مشغول کرده است و چارچوب‌های نظری مختلفی مانند نظریه ریسمان و گرانش کوانتومی حلقه را ایجاد کرده است. با این حال، بدون تایید تجربی، این نظریه ها حدس و گمان باقی می مانند. چگونه ماهیت کوانتومی گرانش را آزمایش کنیم؟ ابزارهای محسوس برای بررسی رفتار کوانتومی میدان گرانشی در دهه گذشته بر اساس مفهوم "درهم تنیدگی با واسطه گرانش" پیشنهاد شده است. در مطالعه‌ای که در Advanced Photonics Nexus منتشر شد، یک تیم بین‌المللی از محققان به هدف مهمی در آماده‌سازی برای آزمایش‌های آینده در تلاش برای متحد کردن مکانیک کوانتومی و نسبیت عام دست یافتند. کار آنها از ابزارها و تکنیک های پیشرفته از نظریه اطلاعات کوانتومی و اپتیک کوانتومی برای نشان دادن اصول درهم تنیدگی با واسطه گرانش با استفاده از ذرات نور، یعنی فوتون ها استفاده می کند.

این آزمایش شامل برهمکنش بین فوتون ها برای تقلید از اثر میدان گرانشی بر ذرات کوانتومی است. قابل توجه است که برخی از ویژگی‌های فوتون‌ها، علی‌رغم اینکه هرگز مستقیماً برهم‌کنش نمی‌کنند، در هم تنیده می‌شوند و یک پدیده کوانتومی اساسی را به نمایش می‌گذارند: غیرموضعی بودن. این درهم‌تنیدگی توسط یکی دیگر از ویژگی‌های فوتونیک مستقل انجام می‌شود و رفتار فرضی درهم‌تنیدگی با واسطه گرانش را منعکس می‌کند و بینش‌های مهمی را در مورد ماهیت کوانتومی گرانش ارائه می‌دهد.

نکته مهم، این مطالعه همچنین به چالش تشخیص درهم تنیدگی تولید شده در این آزمایش‌ها می‌پردازد. محققان با روشن کردن محدودیت‌ها و منابع نویز ذاتی در چنین آزمایش‌هایی، راه را برای شفاف‌سازی مفاهیم و ابزارهایی که برای آزمایش‌های آینده با هدف مشاهده مستقیم درهم‌تنیدگی با واسطه گرانش استفاده می‌شوند، هموار می‌کنند.

آزمایش‌های تجربی درهم‌تنیدگی با واسطه گرانش می‌تواند نویدبخش عصر جدیدی در درک ما از ماهیت بنیادی جهان باشد. به گفته نویسنده، امانوئل پولینو، که در زمان انجام این تحقیق به عنوان پسادکتر در آزمایشگاه کوانتومی دانشگاه ساپینزا با حمایت کنسرسیوم QISS کار می‌کرد، «پیامدهای این تحقیق عمیق است. این یک اعتبار تجربی برای اصول پشت سر آینده ارائه می‌کند.»

More information: Emanuele Polino et al, Photonic implementation of quantum gravity simulator, Advanced Photonics Nexus (2024)