Fizikçiler Işık ve Sesi Dolaştırmanın Radikal Yeni Bir Yolunu Buldu

Yeni bir araştırmada fizikçiler, çok farklı türden iki parçacığı - bir ışık birimi ya da bir foton ile bir ses dalgasının kuantum eşdeğeri olan bir fononu - birbirine dolayarak bunu değiştirmenin cesur bir yolunu teorileştirdiler.

Almanya'daki Max Planck Işık Bilimi Enstitüsü'nden fizikçiler Changlong Zhu, Claudiu Genes ve Birgit Stiller önerdikleri yeni sisteme optoakustik dolanıklık adını verdiler.

Bu, kuantum teknolojisinin karşılaştığı en büyük sorunlardan biri olan dış gürültüye karşı benzersiz bir şekilde dirençli bir dolaşıklık biçimi oluşturarak, çok farklı iki temel parçacık kullanan melez bir sistemi temsil eder ve daha sağlam kuantum cihazlarına doğru önemli bir adımdır.

Kuantum dolanıklığı, yüksek hızlı kuantum iletişimi ve kuantum hesaplama için umut verici uygulamalara sahiptir. İzole edilmiş ve dolaşık parçacıkları ölçülmeden önce ve sonra tanımlayan benzersiz fizik, onları şifrelemeden yüksek hızlı algoritmalara kadar bir dizi kullanım için ideal hale getirir.

Ancak bu işlemler için gerekli olan hassas kuantum durumu kolayca kırılabilir, bu da pratik uygulamalarda gerçekleştirilmesini kısıtlayan bir sorundur.

Bilim insanları bazı umut verici yollarla bu sorunu çözmek için çalışıyorlar. Daha yüksek boyutluluk, dolaşık sisteme daha fazla parçacık eklemek gibi, bozucu gürültünün etkisini azaltır. Yine de uygulanabilir bir çözümün birden fazla yol içermesi çok muhtemeldir, bu nedenle ne kadar çok seçeneğimiz olursa, doğru kombinasyonun bulunma olasılığı da o kadar artacaktır.

Zhu ve meslektaşlarının araştırdığı yol, fotonları diğer fotonlarla değil, tamamen farklı bir yayılımın 'parçacığı' olan sesle eşleştirmeyi içeriyordu. Bunu başarmak oldukça zordur, çünkü fotonlar ve fononlar farklı hızlarda hareket eder ve farklı enerji seviyelerine sahiptir.

Araştırmacılar, Brillouin saçılması adı verilen bir süreçten yararlanarak parçacıkların nasıl dolaşık hale getirilebileceğini gösterdiler; bu süreçte ışık, bir malzemedeki atomlar arasında ısıdan kaynaklanan ses titreşimleri dalgaları tarafından saçılıyor.

Araştırmacılar, önerdikleri katı hal sisteminde lazer ışığını ve akustik dalgaları, Brillouin saçılmasını tetiklemek üzere tasarlanmış, çip üzerinde katı hal Brillouin-aktif dalga kılavuzuna göndereceklerdir. İki kuanta aynı fotonik yapı boyunca hareket ettiğinde, fonon çok daha yavaş bir hızda hareket eder ve önemli ölçüde farklı enerji seviyeleri taşıyan parçacıkları birbirine dolayabilecek saçılmaya neden olur.

Bunu daha da ilginç kılan şey, standart dolaşıklık yaklaşımlarından daha yüksek sıcaklıklarda elde edilebilmesi, dolaşıklığı kriyojenik bölgeden çıkarması ve potansiyel olarak pahalı, özel ekipman ihtiyacını azaltmasıdır.

Araştırmacılar, bunun daha fazla araştırma ve deney gerektirdiğini, ancak umut verici bir sonuç olduğunu söylüyor.

“Sistemin hem optik hem de akustik modların geniş bir bant genişliği üzerinde çalışması,” diye yazıyorlar, ”kuantum hesaplama, kuantum depolama, kuantum metroloji, kuantum ışınlanma, dolaşıklık destekli kuantum iletişim ve klasik ve kuantum dünyalar arasındaki sınırın keşfedilmesi uygulamaları için büyük potansiyele sahip sürekli modlarla yeni bir dolaşıklık olasılığı getiriyor.”

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.