Imazhi: Duke ndarë një foton të vetëm, shkencëtarët konfirmuan se momenti këndor ruhet gjithmonë – një eksperiment miliarda me një që përforcon themelet e fizikës kuantike. Kredia: SciTechDaily.com
Fizikanët, për herë të parë, kanë treguar se edhe një foton i vetëm i bindet një prej rregullave më të rrepta të natyrës: ruajtja e momentit këndor.
Nga: SciTechDaily > Universiteti i Tamperës: Scientists Just Split a Single Photon. Here’s What They Found /1
Shkencëtarët thjesht ndanë një foton të vetëm. Ja çfarë gjetën ata
I arritur vetëm një herë në një miliard përpjekje, ky sukses jo vetëm që dëshmon një ligj themeli të fizikës në shkallën më të vogël, por gjithashtu hap një rrugë drejt teknologjive të avancuara kuantike, nga gjendjet e ngatërruara në komunikim të sigurt.
Konfirmimi i nivelit kuantik të ruajtjes së momentit këndor
Studiuesit në Universitetin Tampere, duke punuar me kolegë në Gjermani dhe Indi, kanë demonstruar për herë të parë se momenti këndor mbetet i ruajtur kur një foton i vetëm ndahet në dysh. Ky rezultat konfirmon një parim thelbësor të fizikës në shkallën kuantike dhe shënon një moment historik që mund të ndihmojë në krijimin e gjendjeve të avancuara kuantike për përdorim në teknologjitë kompjuterike, komunikimi dhe sensori.
Ligjet e ruajtjes janë thelbësore për shkencën sepse ato përcaktojnë se cilat procese janë të mundshme dhe cilat jo. Një shembull i njohur shihet në bilardo, ku vrulli i një topi transferohet në tjetrin gjatë një përplasjeje. Një parim i ngjashëm vlen për objektet që rrotullohen, të cilat mbajnë momentin këndor. Drita, gjithashtu, mund të zotërojë momentum këndor, veçanërisht momentin këndor orbital (OAM), i cili lidhet me formën hapësinore të një rreze drite.
Në nivelin kuantik, kjo do të thotë se fotonet individuale mbajnë sasi specifike të OAM që duhet të ruhen kur ndërveprojnë me materien. Në një studim të botuar së fundmi në Physical Review Letters, ekipi i udhëhequr nga Tampere hetoi nëse ky rregull ruajtjeje vlen ende kur një foton i vetmuar ndahet në një palë. Puna e tyre shtyu kufijtë e testimit të ruajtjes në shkallën më të vogël të mundshme.
Skema e një fotoni të vetëm me moment këndor zero -imazh2a. – Skema e një fotoni të vetëm me moment këndor zero (jeshile) që ndahet në dy fotone (e kuqe) me moment këndor zero ose të kundërt (skicuar përmes ngjyrës që ndryshon hapësinorisht), e cila shtohet në zero duke konfirmuar ligjin themelor të ruajtjes së momentit këndor. Kredia: Robert Fickler / Universiteti i Tamperës
Një minus një është e barabartë me zero
Sipas rregullit, nëse një foton pa OAM ndahet në dysh, vlerat e momentit këndor të fotoneve që rezultojnë duhet të anulojnë njëra-tjetrën. Për shembull, nëse një foton del duke mbajtur një njësi OAM, i dyti duhet të mbajë një negativ. E thënë thjesht, ekuacioni 1 + (-1) = 0 duhet të qëndrojë gjithmonë. Ndërsa rregulla të ngjashme janë testuar shumë herë në eksperimentet e optikës me bazë lazer, kjo nuk ishte konfirmuar kurrë më parë për një foton të vetëm.
“Eksperimentet tona tregojnë se OAM është me të vërtetë i ruajtur edhe kur një foton i vetëm drejton procesin. Kjo konfirmon një ligj kyç të ruajtjes në nivelin më themelor, i cili në fund të fundit bazohet në simetrinë e procesit”, shpjegon Dr. Lea Kopf, e cila është autorja kryesore e studimit.
Gjetja e gjilpërës fotonike në kashtën e laboratorit
Eksperimentet e ekipit mbështeten në matje delikate pasi proceset optike jolineare të kërkuara janë shumë joefikase. Vetëm çdo foton i miliardtë konvertohet në një çift fotonesh, i tillë që matja e ruajtjes së OAM për fotonet e vetme i ngjan kërkimit proverbiale për gjilpërën në kashtë.
Një konfigurim optik jashtëzakonisht i qëndrueshëm, zhurma e ulët në sfond, një skemë zbulimi me efikasitetin më të lartë të mundshëm dhe shumë qëndrueshmëri eksperimentale u mundësuan studiuesve të regjistronin konvertime të mjaftueshme të suksesshme në mënyrë që ata të mund të konfirmonin ligjin themelor të ruajtjes.
Shenjat e para të ngatërrimit kuantik
Përveç konfirmimit të ruajtjes së OAM, ekipi vëzhgoi indikacionet e para të ngatërrimit kuantik në çiftet e gjeneruara të fotoneve, gjë që sugjeron se teknika mund të zgjerohet për të krijuar gjendje kuantike fotonike më komplekse.
“Kjo punë nuk është vetëm e një rëndësie themelore, por gjithashtu na çon një hap të rëndësishëm më afër gjenerimit të gjendjeve të reja kuantike, ku fotonet janë të ngatërruara në të gjitha mënyrat e mundshme, d.m.th., në hapësirë, kohë dhe polarizim”, shton Prof. Robert Fickler, i cili drejton grupin e Optikës Kuantike Eksperimentale ku u krye eksperimenti.
Drejtimet e ardhshme në fotonikën kuantike
Duke parë përpara, studiuesit planifikojnë të përmirësojnë efikasitetin e përgjithshëm të skemës së tyre dhe të zhvillojnë strategji më të mira për matjen e gjendjes kuantike të gjeneruar në mënyrë që në të ardhmen këto gjilpëra fotonike të gjenden më lehtë në kashtë laboratorike. Për më tepër, studiuesit synojnë të shfrytëzojnë gjendjet kuantike të gjeneruara me shumë fotone për teste të reja kuantike themelore dhe aplikacione të fotonikës kuantike si komunikimi kuantik dhe skemat e rrjetit.
Referenca: “Ruajtja e momentit këndor në një nivel me një foton” nga L. Kopf, R. Barros, S. Prabhakar, E. Giese dhe R. Fickler, 20 maj 2025, Letrat e Rishikimit Fizik. DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.203601
–
Reference
