ידענים: אופטיקה | פיסיקה קוונטית

מאת 11 בנובמבר 2014 21 תגובות

ב-TU Wien נבנתה מערכת שיוצרת אינטראקציה חזקה בין שני פוטונים בלבד. אינטראקציה זו היא כל כך חזקה, שהמופע של הפוטונים משתנה ב-180 מעלות.

שיזור חזק של פוטונים בסיב אופטי איור: האוניברסיטה הטכנית של וינה

שיזור חזק של פוטונים בסיב אופטי איור: האוניברסיטה הטכנית של וינה

מאת נסים הדר
בדרך כלל, גלי אור לא משפיעים אחד על השני – גלי אור יכולים לעבור אחד את השני מבלי כל השפעה אחת על שנייה. צימוד בין פוטונים אפשרי רק בעזרתם של חומרים מיוחדים ואור מאוד אינטנסיבי. מדענים בווינה הצליחו ליצור צימוד חזק של שני פוטונים -הישג חשוב לאופטיקה קוונטית.
עבור יישומים רבים בטכנולוגיה קוונטית, אינטראקציה בין פוטונים היא חיונית .למשל, זהו תנאי הכרחי להעברת מידע בערוצים קוונטיים שאינם ניתנים להאזנה, או לבניית שערים לוגיים אופטיים . מדענים באוניברסיטת וינה לטכנולוגיה (TU Wien), הצליחו לבצע שיזור חזק בין שני פוטונים בודדים. תוצאות הניסוי פורסמו בכתב העת המדעי Nature Photonics.

"כדי שתהיה אינטרקציה בין גלי אור, משתמשים במה שמכונה מדיה לא-לינארי", אומר פרופ' ארנו רושנבוטל (Arno Rauschenbeutel, מהמכון לפיסיקה אטומית ותת-אטומית, TU Wien). לאור יש השפעה על תכונותיהם של חומרים אלה, והחומר בתורו משפיע על האור, מה שמוביל לצימוד עקיף בין פוטונים . בטכניקה זו, עם זאת, ניתן להשתמש רק בעוצמות אור חזקות, כאשר פוטונים רבים מעורבים .

ב-TU Wien נבנתה מערכת שיוצרת אינטראקציה חזקה בין שני פוטונים בלבד. אינטראקציה זו היא כל כך חזקה, שהמופע של הפוטונים משתנה ב-180 מעלות. לדברי פרופ' רושנבוטל, הדבר דומה למטוטלת, שאמור לנוע לצד אחד, אך בשל צימוד עם מטוטלת שנייה, הוא נע לצד השני. אין, ולא יכול להיות שינוי קיצוני יותר בתנודה של המטוטלת. בדרך זו משיגים את האינטראקציה החזקה ביותר עםהעצמה הקטנה ביותר האפשרית של אור.
כדי לאפשר זאת ,הפוטון נשלח למסע לא סביר. סיבי זכוכית דקים במיוחד מוצמדים לתא-תהודה זעיר בצורת בקבוקון, כך שאור יכול להיכנס לתא התהודה, לנוע במעגלים ולחזור לתוך סיב הזכוכית. מעקף זה דרך תא התהוגה מוביל לשלב של היפוך מופע הפוטון ב-180 מעלות. כאשר, לעומת זאת ,אטום רובידיום יחיד מוצמד לתא התהודה, המערכת משתנתה באופן דרמטי. בשל נוכחותו של האטום, אור כמעט ולא נכנס לתא התהודה והיפוך המופע לא קורה. דברים משתנים כאשר שני פוטונים מגיעים באותו הזמן. האטום הוא "חומר סופג" שיכול להיכנס לרוויה. פוטון נספג על ידי האטום לזמן קצר ולאחר מכן משוחרר לתא התהודה. באותה הזמן, האטום אינו יכול לספוג עוד פוטונים. אם שני פוטונים מגיעים בו-זמנית, רק אחד יכול להיספג, ואילו השני עדיין יכול לעבור היפוך מופע.

מנקודת מבט של מכניקת הקוואנטים, אין הבדל בין שני הפוטונים. ניתן להבינם אך ורק כאובייקט יחיד, דמוי גל הנמצא בתא התהודה ובסיב הזכוכית באותו הזמן. הפוטונים אינם ניתנים להבדלה – לא ניתן לומר איזה מהם הוא הנספג ואיזה עבר. כאשר שני הפוטונים פגעו בתא התהודה באותו הזמן, שניהם יחד חוו שינוי מופע של 180 מעלות . שני פוטונים באינטראקציה המגיעים בו זמנית מציגים התנהגות שונה לחלוטין מפוטונים בודדים.

"בדרך זו, ניתן ליצור מצב של שיזור מקסימאלי בין פוטונים" , אומר פרופ' רושנבטל. מצבים כאלה נדרשים בכל תחומי האופטיקה הקוונטית -בטלפורטציה קוונטית, או לטרנזיסטורים אופטיים, אשר יכולים לשמש למחשוב קוונטי. יתרון גדול של המערכת החדשה הוא שהיא מבוססת על טכנולוגיית סיבי זכוכית ,שכבר נמצאת בשימוש בתקשורת האינטרנט. סיבי זכוכית ו"ננו-בקבוקים" תואמים באופן מושלם לטכנולוגיות קיימות. היצירה הממוקדת של של אינטראקצית פוטון-פוטון חזקה היא צעד חשוב לקראת רשת מידע קוונטים בעולם להעברת נתונים חסינת האזנה

להודעה של החוקרים

21 תגובות ל “שיזור חזק של פוטונים בסיב אופטי”

  1. רפאל

    נברא,
    גם תוגובותיך לוקות ב"מסווה דק של חשיבות עצמית מופרזת"

  2. נברא

    אלבנצו,
    כוונתי הייתה שלי אין את הסבלנות האינסופית שיש לך להתדיין עם טרחנים כפייתיים וסתם הדיוטות חסרי השכלה שמבושמים מעצמם עד בלי די…
    ניסים,
    אם הצלחתי לגרום לפטפטן בלתי נלאה כמוך להגיב במשפט אחד – די לי.

  3. elbentzo

    נברא,

    אפשר לשאול למה בדיוק התכוונת באמירה "אני לא אלבנצו"? חוץ מהטריוויאלי, שאני ואתה לא אחד הם.

  4. ניסים

    ג
    הפנית לסיינס ולנייצ"ר. אלה עולים כסף, ומאד מעמיקים מבחינה טכנית.
    אני לא מבין מה אתה רוצה שיהיה כאן.

  5. ג

    ניסים
    רצוי, שבאתר המתיימר להיות מדעי-פופולרי (אף על פי שהוא קשור לאחד שחזר בשאלה ומחפש דרכים להצדיק עצמו ודרכו הפתלתלה מול הדתיים בכל דרך אפשרית)
    יהיו ניסוחים שברורים לכולם.

  6. ג

    אלי
    אתה כל כך תמים.
    אתה מצפה שיהיה מדע באתר שלא קשור למדע?
    אתה רוצה מדע, לך ל נייצ'ר או סיינס.

  7. נברא

    ניסים,
    לא מנהל ויכוח אלא מנסה להאיר עיניים. כל אדם צריך שיידע את מגבלותיו האובייקטיביות. מוכר אבטיחים לא יהיה מנתח לב גם אם כל יום וכל היום הוא מתעסק עם "מיץ אדום". זה כל כך פשוט ומובן מאליו ולא ברור מדוע אף אחד כאן לא מפנים זאת. הדיונים המלאים ואינסופיים מזיקים לכולם – ובפרט למתדיינים.

  8. אלי

    לא ברור המאמר
    גם בפרסום המקורי לא ברור כלום ואין קישור לשום מאמר מדעי שכן מסביר משהו
    אין גם תוצאות של ניסויים

  9. נברא

    חור-פה,
    מי מהחכמולוגים פה בכלל מבין מה זו הוכחה ומה זו ראיה? המונחים הללו לא לגמרי ברורים אפילו למקצוענים שבמקצוענים מכל תחום. לעומת זאת הבורים הגמורים בטוחים שהם יודעים איך נראת ראיה או הוכחה. זו דוגמא מובהקת לדיונים הרדודים והאינסופיים סביב שום-כלום שמתנהלים פה. ולתוך הרפש הזה אתה מנסה לגרור אותי עם ה-"ספק הוכחות" שלך? הצחקת… אני לא אלבנצו.

  10. MouthHole

    נברא, זה לא קורא כאשר מבקשים הוכחות או לפחות ראיות. אנא ספק הוכחות לטענותך, הבא דוגמאות לדיונים שנושא השזירה "שרמתם נמוכה ביותר ותכליתם היא סימן שאלה אחד גדול". וש"תכליתם היא סימן שאלה אחד גדול". תודה

  11. נברא

    ניסים אתה טועה,
    כך בדיוק לא לומדים. זו הדרך הקצרה והבטוחה לקבע את כל הטעויות והמיסקונספציות האפשריות. המלל האינסופי עוד עשוי לגרום למלהג לסבור שהוא מבין עניין ושלדעתו בנושא יש חשיבות כלשהי, מה שעלול להפוך אותו לטרחן כפייתי. האתר הזה מלא בדיונים ארכניים ואינסופיים תחת מסווה דק של חשיבות עצמית מופרזת, דיונים שרמתם נמוכה ביותר ותכליתם היא סימן שאלה אחד גדול.

  12. נברא

    נו? איפה כל החכמולוגים שמסוגלים להתווכח חודשים על שזירה מבלי שיבינו אפילו ביט אחד של מידע בתחום? (כמו כל נושא אחר שמפורסם כמובן)

הוספת תגובה

  • (will not be published)