نورشناسي كوانتومي و كنترل فيزيك كوانتوم

[Sardar]

نورشناسي كوانتومي براي همه ي شاخه هاي علم كوانتوم بنيادي است چراكه با فعل و انفعالات بين نور و ماده در تراز اصلي سروكار دارد كه به طور نهايي مشخص كننده ي اين واقعيت است كه اتمها و مولكولها چگونه رفتار مي كنند .

بنا بر نظر پروفسور جورج اشميدماير (Jörg Schmiedmayer ) – مدير كنفرانش ESF- يك برداشت كامل از نورشناسي كوانتومي در وسيع ترين مفهومش قدرت آن براي هدايت به سوي تكنولوژيهاي (كوانتومي) جديد است كه به توصيف قرن 21 كمك خواهد كرد.

دانش كوانتوم نقش بسزايي براي منقلب كردن دنياي محاسبات و ارتباطات، توانا سازي عظيم توسعه در قدرت پردازش، تراكم ذخيره ي داده ها و انتقال داده ها دارد.

هرچند دستيابي به بيشترين كاربردهاي آن هنوز سالهاي زيادي از ما فاصله دارد، پيشرفتهاي عظيم براي پروژه هايي در سطح آزمايشگاه كه مفهوم را در يك مقياس كوچك نشان مي دهند، پايه گذاري شده اند.

جنبه ي خشنود كننده ي كنفرانس بنا بر نظر اشميدماير، استاندارد به طور استثنايي بالاي همكاري ايجاد شده بين محققان جوان و شور حاصل توسط آنها بود؛ محققان جواني كه به ارمغان آورندگان الگوهايي نو براي اين رشته ي علمي در طول دو دهه ي مهمي كه در پيش داريم خواهند بود.

اشميدماير گفت: " موضوع داغ جلسه زماني بود كه عمدتا محققان جوان دستاوردهايشان را ارائه مي كردند كه اين موضوع قطعا نقاط روشني در طول مدت زمان كنفرانس بود."

" در ميان همه ي اينها علم بسيار نويني كه مورد بحث قرار گرفت علمي بود كه تا قبل از سه سال پيش روياپردازي بيش نبود (علم كوانتوم). خيلي از دستاوردها در جايي ديگر قبل از اين هنوز ارائه نشده بودند."

پيشرفت مهمي كه براي مثال در ارتباطات كوانتومي مورد ملاحظه قرار گرفت وعده قادرساختن ارسال كاملا ايمن اطلاعات به شبكه هاي ارتباطات را مي دهد، تغيير اطلاعات در چنين شيوه اي كه كاملا براي هركسي به جز دريافت كننده نامعلوم است درصورتيكه شخص كليد محرمانه اي كه فقط براي هردوطرف شناخته شده است را داشته باشد آسان است. مشكلي كه در فرستادن به وجود ميآيد آن است كه كليد بين دو طرف در صورتي قابل اطمينان است كه در طي اين فرايند استراق سمعي صورت نگرفته باشد.

رمزنگاري كوانتومي به طور منحصربه فردي ارائه ي طرز كار كاملا اطمينان بخشي را ميسر ساخته است. براي مثال به وسيله ي بهره برداري ازدرهم پيچيده شدن كوانتومي، وضعيتي كه در آن حالت دو ذره به صورت كوانتومي به هم بسته مشود تا اينكه هر گونه تلاش براي جداكردن يكي از ذرات منجر به تغييري آشكار در ذره ي ديگر مي شود.

كاربرد اين موضوع در ارتباطات دو طرف را قادر مي كند تا بدانند كه هيچ كس ديگري اين كليد را قطع نكرده است و اين آگاهي دو طرف مي تواند بعدا به صورت اطمينان بخشي براي تغيير اطلاعات واقعي براي منتقل شدن مورد استفاده قرار بگيرد.

توزيع كليد كوانتومي (QKD ) پيش از اين در آزمايشگاه نمايش داده مي شد اما تنها از فاصله هاي بالاي 150 كيلومتري به نمايش گذاشته ميشد چون در مقياس هاي بزرگتر تارهاي نوري يا هواي موجود در درفضاي آزاد، براي انتقال سيگنالهاي نوري براي پايين بردن و يا يابالابردن فوتونهاي منفرد كه سپس كيفيت كوانتومي خودشان را از دست مي دهند استفاده مي شد.

در كنفرانس، گامهاي عمده ي آينده براي تحقق بخشي به يك تكرار كننده كوانتومي براي اتصال دقيق به كانالهاي ارتباطي ارائه شد كه اجازه مي داد سرانجام ارتباطات كوانتومي خيلي دوربردتر (شايد جهاني) توسعه پيدا كنند.

همچنين دانش كوانتوم و در نتيجه ي آن شيوه هاي نورشناسي كوانتومي توانايي زيادي براي وعده ي ايجاد كامپيوترهاي كوانتومي دارند كه اين كامپيوتر هاي كوانتومي قدرت پردازشي بيشتر از آنچه كه فكرش را بكنيد خواهند داشت. كنفرانس ازمايشات جديد به وسيله ي مدارات كوانتومي ابررسانايي را مورد بررسي قرار داد كه مي توانند در آينده براي مدارات مجتمع جديد شامل اثرات كوانتومي مورد استفاده قرار بگيرند، پيشرفت جالب توجهي كه قلب نورشناسي كوانتومي را به ميان دستگاههاي حالت جامد و مدارات الكترونيكي (كوانتومي) مي آورد .

به گفته ي اشميدماير، همچنين در كنفرانس علاقه ي زيادي نسبت به درستي بالاي وسايل ورودي كوانتومي براي به دام اندازي يونها وجود داشت. به دام اندازهاي يوني اولين ابزارهايي بودند كه در آنها الگوهاي پردازش كوانتومي پيشنهاد و انجام شده بود. اكنون با درستي بالاي عملكرد هاي كوانتومي به دام اندازهاي يوني طرح ايده آلي براي ساخت و تحقيق اجزاي منطقي كوانتومي در كامپيوترهاي داراي معيار كوانتومي آينده هستند . نظر مورد نظر اينست كه يونها (اتم ها و مولكولهايي كه الكترونها را از بيرونيترين لايه هاي خودشان از دست داده و يا بدست آورده اند) به شكل آزاد در يك ميدان مغناطيسي معلق هستند تا اينكه ترازهاي انرژي آنها بتواند به طور دقيق دستكاري شده و به سطح يك كوانتوم منفرد پايين بيايد. اين موضوع مي تواند به طور بالقوه براي ذخيره و انتقال اطلاعات در يك كامپيوتر كوانتومي مورد بهره برداري قرار گيرد.

سومين موضوع مربوط به شبيه سازي هاي كوانتومي بود اينجا براي ساخت مدلهاي ازمايشي خوب كنترل شده ي مفاهيم نظري ابزارهاي نورشناسي كوانتومي استفاده شدند كه به خودي خود خيلي مشكل است به طور كامل بوسيله هريك از شيوه هاي تحليلي يا شبيه سازي در كامپيوترهاي كوانتومي حل بشود .

يك چنين شبيه سازي هاي كوانتومي وعده ي تيزبيني نسبت به بعضي از مسائل برجسته بزرگ در فيزيك حالت جامد را به ما مي دهد؛ مانند مكانيزم بعد از دماي بالاي ابر رسانايي يا مسائل جاذبه ي كوانتومي. كنفرانس چگونگي ساخت فعل و انفعالات ويژه نيازمند ساختن يك چنين روشهاي شبيه سازي در آزمايشگاه يا اينكه چگونه كوانتوم و حركات اجسام آن مي توانند در سيستمهايي با ابعاد كم بررسي شوند را مورد بررسي قرار داد.

تمركز چهارم كنفرانس بر روي تكنولوژي هاي كوانتومي و اندازه گيري هاي دقيق بود. پيشرفت قابل توجه گزارش شده در تنظيم نوسانگرهاي مكانيكي انها را به روش ترتيب كوانتومي نزديك مي كرد و وعده ي به كار بردن كوانتوم در مكانيك يا اشياي نانو ريز را در اينده ي بسيار نزديك مي دهد .

علاوه براين علاقه ي فراوان به آزمايشي كه صحت بالاي نوسانات Bloch بوسيله ي تنظيم فعل و انفعالات اتم – اتم را نشان مي داد، وجود داشت. اين امكان آشكار شده براي سنجش مافوق دقيق كوانتومي بوسيله ي BEC جنبه اي است كه گمان مي رفت بدليل ماهيت غير خطي اين سيستمها خيلي مشكل صورت بگيرد.

نتايج مهيج و مفاهيم ارائه شده و بحث شده ي بسيار زيادي وجود داشت. بنا بر نظر اشميدماير كنفرانس با گرد هم آوردن افراد در رشته هاي گوناگون كوانتوم و آغاز پذيرش مكانيك كوانتومي در دنياي مواد حالت جامد به اهدافش واقعيت بخشيد.

كنفرانس ESF-FWF با مشاركت LFUI درباره ي نورشناسي كوانتومي : از فوتونها و اتمها تا مولكولها و سيستمهاي حالت جامد در فوريه ي 2008 در استراليا برگزار شد






* منبع مقاله:

[External Link Removed for Guests]

[sub]

--------------------------------------------------------------------------------


** ترجمه و ارسال:

" sara2008 " - از اعضاي تيم علمي - تخصصي مترجمين هوپا