با به کارگیری روشی جدید فوتون‌ها بر اساس مولفه شعاعی اندازه حرکت زاویه‌ای‌شان دسته‌بندی می‌شوند.

پرتو‌های نور ممکن است پیچیده‌تر از موج‌های مسطح ساده باشند، و به واسطه جبهه موج‌های دوران‌یافته شکل‌های پیچیده‌ای به خود بگیرند. فوتون‌های داخل این پرتوها متعلق به مدهایی هستند که دارای مؤلفه‌های اندازه حرکت زاویه‌ای متفاوتی هستند، مانند اندازه حرکت زاویه‌ای مداری (OAM)، و می‌توان از این تفاوت‌ها برای جداسازی فوتون‌ها و دسته‌بندی آن‌ها استفاده کرد. پژوهش‌گران پیش از این فوتون‌ها را بر اساس عدد کوانتومی (OAM) سمتی‌شان دسته‌بندی می‌کردند، که به آهنگ دوران جبهه موج مد، حول محور انتشار نور مربوط می‌شد. در پژوهشی جدید نشان داده می‌شود که فوتون‌ها می‌توانند بر اساس عدد کوانتومی شعاعی‌شان هم جداسازی شوند، که عدد کوانتومی دیگری است که مربوط به اندازه حرکت بوده و به ساختار شعاعی دامنه و فاز جبهه موج مرتبط است. این گروه ادعا می‌کند از روش آن‌ها می‌توان برای ذخیره‌سازی و بازیابی اطلاعات در تمام درجات آزادی فضایی فوتون‌ها استفاده کرد. چنین امکانی می‌تواند تعداد کانال‌های موجود برای ارسال اطلاعات را افزایش دهد که به طور بالقوه موجب تقویت سرعت پروتکل‌های اپتیکی مورد استفاده در فن‌آوری‌هایی نظیر اندازه‌گیری کوانتومی یا ارتباطات کوانتومی می‌شود.

Y. Zhou et al., Phys. Rev. Lett. (2017)

این روش که توسط رابرت بوید از دانشگاه روچستر نیویورک و همکارانش ابداع شده است، به یک ویژگی کلیدی فوتون‌ها با اعداد کوانتومی شعاعی متفاوت متکی است:  این‌که سرعت فاز‌ آن‌ها اندکی با یکدیگر متفاوت است. این گروه با به‌کارگیری مجموعه‌ای از لنزها و صفحات موج، مسیری اپتیکی طراحی و اجرا کردند که از این اختلاف سرعت-فاز بهره‌ گرفته و در فوتون‌ها با مدهای شعاعی متفاوت تغییر فاز ایجاد کردند. دو فوتون که مدهای شعاعی آن‌ها در یک عدد کوانتومی با یکدیگر متفاوت است، وقتی از این مسیر اپتیکی عبور می‌کنند، تغییر فاز 180 درجه با یکدیگر پیدا می‌کنند. سپس فوتون‌ها به سمت تداخل‌سنجی هدایت می‌شوند که آن‌ها را بر اساس این اختلاف فاز تقویت‌شده جداسازی می‌کند. فوتون‌ها با اعداد کوانتومی (OAM) شعاعی متفاوت بر صفحات CCD به صورت الگوهایی با تعداد حلقه‌های متفاوت نمایش داده می‌شوند.

این پژوهش در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است.

نویسنده: Katherine Wright ویراستار کمکی نشریه Physics است.

منبع: Sorting Photons via Their Radial Quantum Number

مرجع: Sorting Photons by Radial Quantum Number