آزمایش درهم‌تنیدگی

آزمایش مقدماتی

افت و خیزها در یک آزمایش مقدماتی اندازه‌گیری شد که شامل تابش یک پالس نور قطبیده درون کاواک می‌شد. پالس با اسپین‌های اتمی برهم‌کنش می‌کند و با یک تغییر کوچک و یا چرخش قطبش از کاواک بیرون می‌آید. این چرخش معیاری از راستای اسپین اتمی کلِ گاز نسبت به راستای میدان مغناطیسی است. با انجام این اندازه‌گیری به دفعات زیاد، این تیم نشان داد که اسپین اتمی کل در کاواک یک توزیع گاوسی دارد که  یک دیسک به مرکزیت راستای میدان مغناطیسی اعمالی است.

این نمایش از اسپین کل یک «تابع ویگنر» نامیده می‌شود و نشان می‌دهد که چگونه ماهیت احتمالی مکانیک کوانتومی باعث افت و خیز در راستای اسپین کل می‌شود. به هر حال، این حقیقت که تابع گاوسی است به این معناست که اسپین‌های اتمی مستقل از یکدیگر فتار می‌کنند و درهم‌تنیده نیستند. بنابراین چالش محققان این بود که اتم‌ها را به گونه‌ای تهیه کنند که تابع ویگنر غیر گاوسی شود و این شاهدی قوی مبنی بر درهم‌تنیدگی خواهد بود.

به این منظور آن‌ها یک پالس لیزری با قطبش بسیار ضعیف را به درون کاواک تاباندند. گاهی اوقات، تنها یک فوتون در پالس حرکت رفت و برگشتی درون کاواک خواهد داشت و با تقریباً تمامی اسپین‌های اتمی برهم‌کنش می‌کند. این برهم‌کنش‌های متوالی همان چیزی است که اتم‌ها را درهم‌تنیده می‌کند.

درهم‌تنیدگی خبر رسان

این فوتون سپس می‌تواند کاواک را ترک کند و آشکار شود. چنین فوتون‌هایی که ایجاد درهم‌تنیدگی می‌کنند، قابل شناسایی هستند چون قطبش آن‌ها به اندازه 90 درجه به دلیل برهم‌کنش‌های اتمی چرخیده است. بنابراین، هرگاه این فوتون «خبر رسان» آشکارسازی شود، پژوهش‌گران فوراً راستای اسپین اتمی کل را اندازه‌گیری می‌کنند. آن‌ها این فرآیند را چندین بار تکرار می‌کنند تا اینکه تابع ویگنر اتم‌های درهم‌تنیده را تعیین کنند. به جای یک دیسک گاوسی، این توزیع شبیه به یک حلقه با احتمال مثبت خواهد بود که یک ناحیه داخلی با احتمال منفی را احاطه می‌کند.

ینابر گفته‌ی ولتیک، این حفره‌ی با احتمال منفی نشانی از درهم‌تنیدگی است. علاوه بر این، پژوهش‌گران قادر بودند درهم‌تنیدگی را که حدود 2910 از 3100 اتم را در بر می‌گیرد، محاسبه کنند. در این آزمایش، اسپین‌های اتمی در دو حالت درهم‌تنیده می‌شوند که رو یدو سوی مقابل حفره با احتمال منفی قرار می‌گیرند.

ولتیک می‌گوید این پژوهش کاربردهای عملی مهمی دارد چون تابع ویگنر عملاً معیاری از عدم قطعیت در یک اندازه‌گیری کوانتومی است. با درهم‌تنیده کردن تعداد زیادی از اتم‌ها و به طور موثر ایجاد حفره در مرکز تابع ویگنر،  دقت یک اندازه‌گیری کوانتومی را می‌توان افزایش داد. او به  physicsworld.com گفت که این تیم اکنون روش درهم‌تنیدگی را به منظور ایجاد ساعت‌ اتمی با دقت بالاتر استفاده می‌کند.

این آزمایش در نیچر به چاپ رسیده است.

منبع:

How to entangle nearly 3000 atoms using a single photon

نويسنده:

همیش جانستون (Hamish Johnston) ویراستار  physicsworld.com است.