نورشناسی کوانتومی و کنترل فیزیک کوانتوم

نورشناسی کوانتومی برای همه ی شاخه های علم کوانتوم بنیادی است چراکه با فعل و انفعالات بین نور و ماده در تراز اصلی سروکار دارد که به طور نهایی مشخص کننده ی این واقعیت است که اتمها و مولکولها چگونه رفتار می کنند .
بنا بر نظر پروفسور جورج اشمیدمایر (Jörg Schmiedmayer ) - مدیر کنفرانش ESF- یک برداشت کامل از نورشناسی کوانتومی در وسیع ترین مفهومش قدرت آن برای هدایت به سوی تکنولوژیهای (کوانتومی) جدید است که به توصیف قرن 21 کمک خواهد کرد.
دانش کوانتوم نقش بسزایی برای منقلب کردن دنیای محاسبات و ارتباطات، توانا سازی عظیم توسعه در قدرت پردازش، تراکم ذخیره ی داده ها و انتقال داده ها دارد.
هرچند دستیابی به بیشترین کاربردهای آن هنوز سالهای زیادی از ما فاصله دارد، پیشرفتهای عظیم برای پروژه هایی در سطح آزمایشگاه که مفهوم را در یک مقیاس کوچک نشان می دهند، پایه گذاری شده اند.

جنبه ی خشنود کننده ی کنفرانس بنا بر نظر اشمیدمایر، استاندارد به طور استثنایی بالای همکاری ایجاد شده بین محققان جوان و شور حاصل توسط آنها بود؛ محققان جوانی که به ارمغان آورندگان الگوهایی نو برای این رشته ی علمی در طول دو دهه ی مهمی که در پیش داریم خواهند بود.
اشمیدمایر گفت: " موضوع داغ جلسه زمانی بود که عمدتا محققان جوان دستاوردهایشان را ارائه می کردند که این موضوع قطعا نقاط روشنی در طول مدت زمان کنفرانس بود."
" در میان همه ی اینها علم بسیار نوینی که مورد بحث قرار گرفت علمی بود که تا قبل از سه سال پیش رویاپردازی بیش نبود (علم کوانتوم). خیلی از دستاوردها در جایی دیگر قبل از این هنوز ارائه نشده بودند."

پیشرفت مهمی که برای مثال در ارتباطات کوانتومی مورد ملاحظه قرار گرفت وعده قادرساختن ارسال کاملا ایمن اطلاعات به شبکه های ارتباطات را می دهد، تغییر اطلاعات در چنین شیوه ای که کاملا برای هرکسی به جز دریافت کننده نامعلوم است درصورتیکه شخص کلید محرمانه ای که فقط برای هردوطرف شناخته شده است را داشته باشد آسان است. مشکلی که در فرستادن به وجود میآید آن است که کلید بین دو طرف در صورتی قابل اطمینان است که در طی این فرایند استراق سمعی صورت نگرفته باشد.
رمزنگاری کوانتومی به طور منحصربه فردی ارائه ی طرز کار کاملا اطمینان بخشی را میسر ساخته است. برای مثال به وسیله ی بهره برداری ازدرهم پیچیده شدن کوانتومی، وضعیتی که در آن حالت دو ذره به صورت کوانتومی به هم بسته مشود تا اینکه هر گونه تلاش برای جداکردن یکی از ذرات منجر به تغییری آشکار در ذره ی دیگر می شود.
کاربرد این موضوع در ارتباطات دو طرف را قادر می کند تا بدانند که هیچ کس دیگری این کلید را قطع نکرده است و این آگاهی دو طرف می تواند بعدا به صورت اطمینان بخشی برای تغییر اطلاعات واقعی برای منتقل شدن مورد استفاده قرار بگیرد.

توزیع کلید کوانتومی (QKD ) پیش از این در آزمایشگاه نمایش داده می شد اما تنها از فاصله های بالای 150 کیلومتری به نمایش گذاشته میشد چون در مقیاس های بزرگتر تارهای نوری یا هوای موجود در درفضای آزاد، برای انتقال سیگنالهای نوری برای پایین بردن و یا یابالابردن فوتونهای منفرد که سپس کیفیت کوانتومی خودشان را از دست می دهند استفاده می شد.
در کنفرانس، گامهای عمده ی آینده برای تحقق بخشی به یک تکرار کننده کوانتومی برای اتصال دقیق به کانالهای ارتباطی ارائه شد که اجازه می داد سرانجام ارتباطات کوانتومی خیلی دوربردتر (شاید جهانی) توسعه پیدا کنند.

همچنین دانش کوانتوم و در نتیجه ی آن شیوه های نورشناسی کوانتومی توانایی زیادی برای وعده ی ایجاد کامپیوترهای کوانتومی دارند که این کامپیوتر های کوانتومی قدرت پردازشی بیشتر از آنچه که فکرش را بکنید خواهند داشت. کنفرانس ازمایشات جدید به وسیله ی مدارات کوانتومی ابررسانایی را مورد بررسی قرار داد که می توانند در آینده برای مدارات مجتمع جدید شامل اثرات کوانتومی مورد استفاده قرار بگیرند، پیشرفت جالب توجهی که قلب نورشناسی کوانتومی را به میان دستگاههای حالت جامد و مدارات الکترونیکی (کوانتومی) می آورد .
به گفته ی اشمیدمایر، همچنین در کنفرانس علاقه ی زیادی نسبت به درستی بالای وسایل ورودی کوانتومی برای به دام اندازی یونها وجود داشت. به دام اندازهای یونی اولین ابزارهایی بودند که در آنها الگوهای پردازش کوانتومی پیشنهاد و انجام شده بود. اکنون با درستی بالای عملکرد های کوانتومی به دام اندازهای یونی طرح ایده آلی برای ساخت و تحقیق اجزای منطقی کوانتومی در کامپیوترهای دارای معیار کوانتومی آینده هستند . نظر مورد نظر اینست که یونها (اتم ها و مولکولهایی که الکترونها را از بیرونیترین لایه های خودشان از دست داده و یا بدست آورده اند) به شکل آزاد در یک میدان مغناطیسی معلق هستند تا اینکه ترازهای انرژی آنها بتواند به طور دقیق دستکاری شده و به سطح یک کوانتوم منفرد پایین بیاید. این موضوع می تواند به طور بالقوه برای ذخیره و انتقال اطلاعات در یک کامپیوتر کوانتومی مورد بهره برداری قرار گیرد.

سومین موضوع مربوط به شبیه سازی های کوانتومی بود اینجا برای ساخت مدلهای ازمایشی خوب کنترل شده ی مفاهیم نظری ابزارهای نورشناسی کوانتومی استفاده شدند که به خودی خود خیلی مشکل است به طور کامل بوسیله هریک از شیوه های تحلیلی یا شبیه سازی در کامپیوترهای کوانتومی حل بشود .
یک چنین شبیه سازی های کوانتومی وعده ی تیزبینی نسبت به بعضی از مسائل برجسته بزرگ در فیزیک حالت جامد را به ما می دهد؛ مانند مکانیزم بعد از دمای بالای ابر رسانایی یا مسائل جاذبه ی کوانتومی. کنفرانس چگونگی ساخت فعل و انفعالات ویژه نیازمند ساختن یک چنین روشهای شبیه سازی در آزمایشگاه یا اینکه چگونه کوانتوم و حرکات اجسام آن می توانند در سیستمهایی با ابعاد کم بررسی شوند را مورد بررسی قرار داد.

تمرکز چهارم کنفرانس بر روی تکنولوژی های کوانتومی و اندازه گیری های دقیق بود. پیشرفت قابل توجه گزارش شده در تنظیم نوسانگرهای مکانیکی انها را به روش ترتیب کوانتومی نزدیک می کرد و وعده ی به کار بردن کوانتوم در مکانیک یا اشیای نانو ریز را در اینده ی بسیار نزدیک می دهد .
علاوه براین علاقه ی فراوان به آزمایشی که صحت بالای نوسانات Bloch بوسیله ی تنظیم فعل و انفعالات اتم - اتم را نشان می داد، وجود داشت. این امکان آشکار شده برای سنجش مافوق دقیق کوانتومی بوسیله ی BEC جنبه ای است که گمان می رفت بدلیل ماهیت غیر خطی این سیستمها خیلی مشکل صورت بگیرد.
نتایج مهیج و مفاهیم ارائه شده و بحث شده ی بسیار زیادی وجود داشت. بنا بر نظر اشمیدمایر کنفرانس با گرد هم آوردن افراد در رشته های گوناگون کوانتوم و آغاز پذیرش مکانیک کوانتومی در دنیای مواد حالت جامد به اهدافش واقعیت بخشید.

منبع : www.hupaa.com - هوپا