นักฟิสิกส์ได้ค้นพบวิธีใหม่ในการพันแสงและเสียง

การพัวพันของอนุภาคควอนตัมถือเป็นศิลปะที่ได้รับการยอมรับแล้วคุณนำอนุภาคที่ไม่ได้วัดตั้งแต่สองตัวขึ้นไปมาสัมพันธ์กันในลักษณะที่ทำให้คุณสมบัติของพวกมันเบลอและสะท้อนซึ่งกันและกัน วัดคุณสมบัติที่สอดคล้องกันของคุณสมบัติหนึ่งและอีกคุณสมบัติหนึ่งจะล็อคเข้าที่ทันที แม้ว่าจะแยกจากกันในระยะไกลก็ตาม

ในการวิจัยใหม่ นักฟิสิกส์ได้ตั้งทฤษฎีวิธีที่กล้าหาญในการเปลี่ยนแปลงมันโดยการพันอนุภาคสองชนิดที่มีชนิดต่างกันมากเข้าไปพัวพัน นั่นคือหน่วยของแสงหรือโฟตอน กับโฟนอน ซึ่งเทียบเท่ากับควอนตัมของคลื่นเสียง

นักฟิสิกส์ Changlong Zhu, Claudiu Genes และ Birgit Stiller จากสถาบัน Max Planck สำหรับวิทยาศาสตร์แห่งแสงในประเทศเยอรมนี ได้เรียกระบบใหม่ที่พวกเขาเสนอว่าพัวพันเกี่ยวกับออปโตอะคูสติก

สิ่งนี้แสดงถึงระบบไฮบริดที่ใช้อนุภาคพื้นฐานสองตัวที่แตกต่างกันมาก ก่อให้เกิดรูปแบบของการพัวพันที่ทนทานต่อสัญญาณรบกวนภายนอกโดยเฉพาะ หนึ่งในปัญหาที่ใหญ่ที่สุดที่เทคโนโลยีควอนตัมเผชิญ ทำให้เป็นก้าวสำคัญสู่อุปกรณ์ควอนตัมที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น

สิ่งกีดขวางควอนตัมมีการใช้งานที่มีแนวโน้มสำหรับการสื่อสารควอนตัมความเร็วสูงและการคำนวณควอนตัม ฟิสิกส์อันเป็นเอกลักษณ์ที่กำหนดอนุภาคที่แยกเดี่ยวและพันกันก่อนและหลังการวัด ทำให้อนุภาคเหล่านี้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่การเข้ารหัสไปจนถึงอัลกอริธึมความเร็วสูง

แต่สถานะควอนตัมที่ละเอียดอ่อนที่จำเป็นสำหรับกระบวนการเหล่านี้สามารถแตกหักได้ง่าย ซึ่งเป็นปัญหาที่ทำให้การนำไปใช้จริงลดน้อยลง

นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานเพื่อแก้ไขปัญหานี้ โดยมีแนวทางที่เป็นไปได้บางประการมิติที่สูงขึ้นช่วยลดผลกระทบจากเสียงรบกวนที่เสื่อมโทรมลงได้เช่นเดียวกันเพิ่มอนุภาคมากขึ้นสู่ระบบที่พันกัน มีความเป็นไปได้มากที่วิธีแก้ปัญหาที่ใช้การได้จะเกี่ยวข้องกับเส้นทางมากกว่าหนึ่งเส้นทาง ดังนั้น ยิ่งเรามีตัวเลือกมากเท่าไร โอกาสที่จะพบชุดค่าผสมที่ถูกต้องก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

เส้นทางที่ Zhu และเพื่อนร่วมงานของเขาตรวจสอบเกี่ยวข้องกับการจับคู่โฟตอนไม่ใช่กับโฟตอนอื่น แต่เป็น 'อนุภาค' ของการแพร่กระจายที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง: เสียง การดำเนินการนี้ค่อนข้างยุ่งยาก เนื่องจากโฟตอนและโฟนันเดินทางด้วยความเร็วต่างกันและมีระดับพลังงานต่างกัน

นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าอนุภาคสามารถพันกันได้อย่างไรโดยใช้ประโยชน์จากกระบวนการที่เรียกว่าการกระเจิงของบริลลูอิน โดยที่แสงจะกระเจิงโดยคลื่นการสั่นสะเทือนของเสียงที่เกิดจากความร้อนระหว่างอะตอมในวัสดุ

ในระบบโซลิดสเตตที่เสนอ นักวิจัยจะพัลส์แสงเลเซอร์และคลื่นเสียงเข้าไปในท่อนำคลื่นที่ใช้งานอยู่ในสถานะของแข็ง Brillouin บนชิป ซึ่งออกแบบมาเพื่อกระตุ้นการกระเจิงของบริลลูอิน เมื่อควอนตัมทั้งสองเดินทางไปตามโครงสร้างโทนิคเดียวกัน โฟนอนจะเดินทางด้วยความเร็วที่ช้ากว่ามาก ส่งผลให้เกิดการกระเจิงที่สามารถพันอนุภาคที่มีระดับพลังงานต่างกันอย่างมาก

สิ่งที่ทำให้สิ่งนี้น่าสนใจยิ่งขึ้นคือสามารถทำได้ที่อุณหภูมิที่สูงกว่าวิธีการพัวพันแบบมาตรฐาน โดยนำการพัวพันออกจากโซนการแช่แข็งและอาจช่วยลดความจำเป็นในการใช้อุปกรณ์เฉพาะทางที่มีราคาแพง

จำเป็นต้องมีการตรวจสอบและการทดลองเพิ่มเติม แต่ก็เป็นผลลัพธ์ที่น่าหวัง นักวิจัยกล่าว

"ความจริงที่ว่าระบบทำงานผ่านแบนด์วิธขนาดใหญ่ทั้งโหมดออปติคัลและอะคูสติก"พวกเขาเขียน, "นำเสนอโอกาสใหม่ของการพัวพันกับโหมดต่อเนื่องที่มีศักยภาพสูงสำหรับการใช้งานในการคำนวณควอนตัม การจัดเก็บควอนตัม มาตรวิทยาควอนตัม การเคลื่อนย้ายควอนตัม การสื่อสารควอนตัมที่ช่วยพัวพัน และการสำรวจขอบเขต-

งานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ในจดหมายทบทวนทางกายภาพ-