اپتیک و کوانتوم

این پدیده با آزمایش فکری «گربه شرودینگر» نشان داده می‌شود، که در آن یک گربه فرضی که از ناظران جدا شده بود، هم مرده و هم زنده است تا زمانی که اندازه‌گیری انجام شود و برهم‌نهی فرو بریزد و باعث شود که یک حالت به خود بگیرد. به همان اندازه که مفهوم برهم نهی حالت های متناقض به نظر می رسد، این اصل و سایر اشکال "عجیب کوانتومی" در قلب یک انقلاب در فناوری قرار دارند که شامل حسگرهای کوانتومی است که از خواص اساسی فوتون ها برای انجام اندازه گیری ها استفاده می کنند. برای مثال، در رایانه‌های کوانتومی، واحدهای بنیادی رایانه‌های استاندارد، «بیت‌ها» با «بیت‌های کوانتومی» یا «کیوبیت‌ها» جایگزین می‌شوند، که می‌توانند در یک برهم‌نهی چند حالت متناقض، یعنی حالت گربه شرودینگر وجود داشته باشند. مقاله جدید منتشر شده در Physics Open توسط Ranjit Singh، محقق مستقل مستقر در مسکو، روسیه، و الکساندر E. Teretenkov  از موسسه ریاضی Steklov آکادمی علوم روسیه، جزئیات چگونگی بهبود حساسیت فناوری کوانتومی را با استفاده از گربه شرودینگر نشان می دهد. حالت هایی که برای فشرده کردن مقدار نویز "فشرده" می شوند - یعنی سیگنال های تصادفی، غیرقابل پیش بینی و نامطلوب - بر اندازه گیری ها تأثیر می گذارد. سینگ می‌گوید: «حالت‌های فشرده شده گربه شرودینگر به طور بالقوه می‌توانند برای شناسایی آشفتگی‌های کوچک استفاده شوند، اگر آنها با محیط آشفتگی جفت شوند. چنین تقابلی می‌تواند در مقایسه با حالت‌های گربه شرودینگر بدون فشردن سودمندتر باشد.

"تحقیق نظری ما راه های بالقوه ای را برای افزایش تعداد فوتون ها در حالت گربه شرودینگر، افزایش حساسیت کوانتومی و حفظ تداخل موجود در حالت گربه شرودینگر با استفاده از پردازش پارامتری نوری باز می کند." او می افزاید که افزایش تعداد فوتون ها در حالت گربه شرودینگر دشوار است، اما او و ترتنکوف مکانیسم یک فرآیند پارامتری نوری را پیدا کردند که این کار را انجام می دهد. سینگ توضیح می دهد که فرآیند پارامتری مورد استفاده همچنین پارامترهای تداخل را حفظ می کند و نویز را در یک سیستم کوانتومی "فشرده می کند". کاهش نویز در حین افزایش تعداد فوتون ها، حساسیت کوانتومی را افزایش می دهد.

او می افزاید: "تحقیق در مورد استفاده از حالت های فشرده شده گربه شرودینگر بسیار جالب است. این گربه به سرعت شروع به توسعه کرده است و در بسیاری از جنبه های فیزیک کوانتومی مدرن و فناوری های کوانتومی امیدوارکننده است." حالت های فشرده به طور گسترده در اپتیک کوانتومی استفاده می شود و حالات گربه شرودینگر اکنون به طور فعال توجه دانشمندان و فناوران را به خود جلب کرده است. این تحقیق فقط مفاهیم نظری ندارد، بلکه می‌تواند به کاربردهای خاصی در فناوری‌های کوانتومی مهم، به ویژه در حسگرهای کوانتومی منجر شود. سینگ نتیجه می گیرد: «تحقیق ما در تقاطع روندهای مهم در فیزیک کوانتومی مدرن است.

More information: Ranjit Singh et al, Quantum sensitivity of squeezed Schrodinger cat states, Physics Open (2023)