همشهری آنلاین - یکتا فراهانی: در جهانی که رفتار ذرات زیراتمی با قوانین عادی فیزیک نمی‌خواند، دانشمندان به‌تازگی موفق شده‌اند یکی از پیچیده‌ترین پدیده‌های این دنیا را به تصویر بکشند: درهم‌تنیدگی کوانتومی. پژوهشگران دانشگاه اتاوا با همکاری دانشگاه ساپینزای رم، با بهره‌گیری از فناوری پیشرفته تصویربرداری و مفهومی وام‌گرفته از هولوگرافی دیجیتال، توانسته‌اند برای نخستین‌بار وضعیت کوانتومی دو فوتون درهم‌تنیده را در زمان واقعی (Real-Time) بازسازی کنند. این فناوری نه‌تنها سرعتی هزاران برابر روش‌های پیشین دارد، بلکه محدودیتی نسبت به پیچیدگی سیستم ندارد؛ دستاوردی که می‌تواند راهگشای نسل بعدی از رایانه‌ها و ارتباطات کوانتومی باشد.
تصویربرداری از تابع موج
برای نخستین‌بار، پژوهشگران موفق شدند حالت کوانتومی دو فوتون درهم‌تنیده را به‌صورت زنده مشاهده و بازسازی کنند؛ گامی بزرگ در فناوری‌های کوانتومی.این تکنیک پیشرفته دانشمندان که بر پایه فناوری دوربین‌های بسیار دقیق بنا شده، امکان تصویربرداری از تابع موج (Wave Function) این فوتون‌ها را در زمان واقعی فراهم می‌کند؛ فرآیندی که پیش‌تر روزها زمان می‌برد، اکنون تنها در چند ثانیه انجام می‌شود.
بیشتر بخوانید :
درهم‌تنیدگی کوانتومی
برای درک بهتر درهم‌تنیدگی، تصور کنید دولنگه کفش در جعبه‌ای قرار دارند. اگر یکی را به طور تصادفی بردارید و بفهمید لنگه چپ است، فوراً می‌دانید آن یکی لنگه راست است؛ حتی اگر هزاران کیلومتر دورتر باشد. اما آنچه در فیزیک کوانتومی جالب است، این است که تا لحظه مشاهده، نمی‌توان با قطعیت گفت کدام لنگه را در دست دارید و این یعنی عدم قطعیتت ذاتی.
تابع موج؛ کلید فهم حالت‌های کوانتومی
تابع موج در فیزیک کوانتومی همان ابزاری‌است که اطلاعاتی از موقعیت، سرعت، اسپین و دیگر ویژگی‌های ذره را در خود دارد. در مورد فوتون‌ها نیز این تابع می‌تواند رفتار احتمالی آن‌ها را در آزمایش‌های مختلف پیش‌بینی کند؛ مسئله‌ای اساسی در توسعه رایانه‌های کوانتومی، مخابرات کوانتومی و تصویربرداری کوانتومی.
توموگرافی کوانتومی
بازسازی حالت کوانتومی کامل ذرات معروف به توموگرافی کوانتومی، با روش‌های سنتی مبتنی بر «اندازه‌گیری‌های پرژکتیو»، نیازمند هزاران اندازه‌گیری از زوایای مختلف است. این فرایند نه‌تنها زمان‌بر است، بلکه در سیستم‌های پیچیده‌تر با ابعاد بالا، غیرعملی و بسیار حساس به نویز است.
ورود هولوگرافی دیجیتال به قلمرو کوانتوم
در اپتیک کلاسیک، تکنیکی به نام «هولوگرافی دیجیتال» وجود دارد که تنها با یک تصویر تداخلی (interferogram) می‌توان اطلاعات سه‌بعدی یک جسم را بازسازی کرد. پژوهشگران تیم دانشگاه اتاوا با رهبری دکتر ابراهیم کریمی، استاد دانشگاه و مدیر پژوهشگاه NexQT، موفق شدند این روش را به دنیای فوتون‌های کوانتومی گسترش دهند.
در این روش، دو فوتون – یکی با حالت شناخته‌شده و دیگری باحالت ناشناخته – با هم ترکیب و تصویر همزمان برخورد آن‌ها در حسگر دوربین ثبت می‌شود. این تصویر حاوی الگوهای تداخلی است که می‌توان از آن‌ها تابع موج فوتون‌های ناشناخته را بازسازی کرد.
دوربینی بادقت نانوثانیه
عنصر کلیدی این موفقیت، دوربینی است که می‌تواند بادقت نانوثانیه‌ای در هر پیکسل، حضور فوتون‌ها را ثبت کند. دکتر السیو دِریکو، از نویسندگان مقاله، می‌گوید: این روش نه تنها سرعتی هزاران برابر بیشتر دارد، بلکه با افزایش پیچیدگی سیستم، زمان بازسازی تغییر نمی‌کند – راه‌حلی برای یکی از بزرگ‌ترین موانع توموگرافی کوانتومی.
فناوری‌های نوین کوانتومی
کاربردهای این دستاورد صرفاً به نظریه محدود نمی‌شود. با این روش، می‌توان سیستم‌های کوانتومی پیچیده را سریع‌تر بررسی کرد، ارتباطات کوانتومی ایمن‌تری توسعه داد و حتی فناوری‌های نوینی در تصویربرداری پزشکی یا مخفی‌کاری نوری ایجاد کرد.
