Arizona Üniversitesi'ndeki bilim insanları, hızlı ışık darbeleri kullanarak kuantum belirsizliğini gerçek zamanlı olarak yakalayıp manipüle edebilen bir yöntem gösterdiler ve bunu kuantum fiziğinde büyük bir ilerleme olarak tanımladılar. Light: Science & Applications dergisinde yayınlanan araştırma, ultra hızlı "sıkıştırılmış ışığın" nasıl hassas bir şekilde kontrol edilebileceğini gösteriyor ve bu adım, güvenli kuantum iletişimlerinin ve yeni nesil optik sistemlerin gelişimini hızlandırabilir.
Sıkıştırılmış ışık, kuantum dalgalanmalarının iki tamamlayıcı özellik arasında yeniden dağıtıldığı özel bir ışık biçimidir. Kuantum teorisine göre ışık, parçacık benzeri davranışını yansıtan iki birbirine bağlı parametreyle karakterize edilir: biri konumu veya fazıyla, diğeri ise yoğunluğuyla ilişkilidir.
Heisenberg belirsizlik ilkesi nedeniyle, bu iki değer aynı anda hiçbir zaman mükemmel bir kesinlikle bilinemez; çünkü birinin ölçümünü iyileştirmek her zaman diğerinde daha fazla belirsizlik pahasına olur.
Sıradan ışık, bu değişkenler arasında dengeli bir belirsizlik dağılımı sağlar. Ancak sıkıştırılmış ışık, bu dengeyi kasıtlı olarak değiştirerek, bir özellikteki belirsizliği en aza indirirken diğerindeki belirsizliği artırır. Sonuç, kuantum sınırlarını ihlal etmeden belirli ölçümler için daha yüksek hassasiyete sahip bir ışık dalgasıdır.
Bu takas, sıkıştırılmış ışığın kozmik arka plan gürültüsünü filtrelemesine ve milyarlarca ışık yılı uzaklıktaki hafif uzay-zaman bozulmalarını tespit etmesine yardımcı olduğu kütleçekim dalgası dedektörlerinde zaten yararlı olduğunu kanıtladı.
Geleneksel sıkıştırılmış ışık deneyleri milisaniyeler süren lazer darbelerine dayanırken, Arizona Üniversitesi'nden bir ekip, bu olgunun femtosaniye veya saniyenin katrilyonda biri mertebesinde, milyonlarca kat daha kısa patlamalar kullanılarak elde edilip edilemeyeceğini araştırdı.
Makalenin kıdemli yazarı ve fizik ve optik bilimleri doçenti Mohammed Hassan, bu başarıya ulaşmanın, kuantum optiğinin en kalıcı teknik engellerinden birinin, farklı dalga boylarındaki lazerler arasındaki faz uyumunun üstesinden gelinmesini gerektirdiğini söyledi.
Geleneksel kurulumlar, birden fazla ışık kaynağını senkronize etmek için karmaşık hizalama gerektirir, ancak Hassan ve ekibi, ultra hızlı fotonik alanındaki önceki çalışmalarına dayanarak daha basit bir yöntem geliştirdi.
Yaklaşımları, ışık dalgalarının bir ortam içinde etkileşime girip yeni frekanslar oluşturmak üzere birleştiği dört dalga karıştırma adı verilen bir süreç kullanıyor. Araştırmacılar, tek bir lazeri üç özdeş ışına bölüp bunları erimiş silikaya yönlendirerek işe başladılar. Ortaya çıkan doğrusal olmayan optik etkileşimler, ultra hızlı sıkıştırılmış ışık üretti; bu, böyle bir durumun bu zaman ölçeğinde hem üretildiği hem de kontrol edildiği ilk örnekti.
Fotonun fazını hedefleyen önceki çalışmaların aksine, Arizona araştırmacıları sıkıştırma yoğunluğuna, yani ışık dalgasının genliğine odaklandılar. Silikanın lazer ışınlarına göre yöneliminde küçük ayarlamalar yaparak, sıkıştırma davranışını yoğunluktan faza ve tekrar geriye kaydırabileceklerini keşfettiler. Dik hizalama fotonların bir araya gelmesini sağlarken, açıdaki küçük bir değişiklik, belirsizlik sıkıştırmasının dalga formunda nerede meydana geldiğini belirleyen bir zamanlama gecikmesine neden oldu.
Hassan, "Bu, ultra hızlı ışık kullanılarak kuantum belirsizliğinin ilk gerçek zamanlı kontrolü," dedi. "Daha önce ayrı olan iki alanı -kuantum optiği ve ultra hızlı bilimi- bir araya getirerek, artık ultra hızlı kuantum optiği dediğimiz şeyi ortaya çıkarıyor."
Grup, bu tekniğin veri güvenliğini nasıl artırabileceğini zaten test etti. Kuantum iletişim sistemleri, genellikle dışarıdan müdahale kuantum durumunu bozduğu için, herhangi bir müdahale girişimini ortaya çıkaran ışık tabanlı anahtarlara dayanır. Ekibin yöntemi, ek bir koruma katmanı daha ekliyor.
Ultra hızlı sıkıştırılmış ışıklarının genliği ve fazı değiştiğinden, herhangi bir saldırganın yalnızca kriptografik anahtara değil, aynı zamanda her darbe için kesin genlik koşullarına da ihtiyacı olacaktır. Herhangi bir bozulma, sıkıştırma oranını değiştirerek kodlanmış verileri karıştırır ve yakalanan bilgileri işe yaramaz hale getirir.
Hassan, etkilerin iletişimin çok ötesine uzandığına inanıyor. Ultra hızlı kuantum ışığı, daha hassas biyolojik görüntüleme, gelişmiş çevresel algılama ve moleküler davranışı benzeri görülmemiş hızlarda ortaya çıkaran hassas spektroskopi tekniklerini mümkün kılabilir. Potansiyel uygulamalar arasında, anlık moleküler etkileşimlerin yakalanmasının kritik önem taşıdığı gerçek zamanlı kimyasal izleme ve erken aşama ilaç keşfi yer alıyor.
Çalışma, makalenin başyazarı olan lisansüstü öğrencisi Mohamed Sennary ve optik bilimi yardımcı doçenti olan eş yazar Mohammed ElKabbash ile birlikte yürütülmüştür. Diğer işbirlikçiler arasında Barselona Bilim ve Teknoloji Enstitüsü, Münih Ludwig Maximilian Üniversitesi ve Katalan Araştırma ve İleri Araştırmalar Enstitüsü'nden bilim insanları yer almaktadır.
Kaynak :
https://www.techspot.com/news/109840-sc ... using.html
