فیزیک‌پیشه‌گان در اتریش با به‌کاربستن «تکانه‌ی زاویه‌ای مداری» ، راهی نو برای درهم‌تافتن فوتون‌ها یافته‌اند. این پژوهش‌گران می‌گویند که دادن تکانه‌ی زاویه‌ای ِ بالا به فوتون‌ها، راه را برای درهم‌تافته‌گی اشیای بزرگ هم‌وار می‌کند و هم‌چنین می‌تواند کاربردهایی در سنجش از راه دور و کامپیوترهای کوانتومی بیابد.

درهم‌تافته‌گی، پیوندی‌ست میان دو (یا چند) ذره که هم‌تای کلاسیکی هم ندارد؛ حالت کوانتومی یکی از ذره‌ها که تعیین شود، آن دیگری هم ،هرقدر دور باشد، خودبه‌خود و دردم به حالت کوانتومی معلومی می‌رود –پدیده‌ای که آنستاین آن را «شبح‌بازی از دور» خوانده‌است- که بیش‌تر هم با به‌کاربستن قطبش فوتون‌ها –سوی نوسان میدان الکتریکی موج نور- بدان دست می‌یابند؛ و این‌گونه است که اگر یکی‌ از فوتون‌ها قطبیده شده‌باشد، آن دیگری ناچار است عمود بر آن نوسان کند.

جفت‌های درهم‌تافته

آنتون زیلینگر، روبرت فیکر و هم‌کاران در دانش‌گاه وینا در جدیدترین پژوهش‌های‌شان فوتون‌ها را با تکانه‌ی زاویه‌ای مداری (OAM) درهم‌تافته‌اند. دادن OAM به یک فوتون یعنی چرخاندن جبهه‌ی موج باریکه؛ یعنی در جابه‌جایی روبه‌جلوی باریکه، جبهه‌ی موج دور محور انتشار بچرخد. این ویژه‌گی به یاری باریکه‌‌های لیزر به خوبی مطالعه‌شده‌است و اکنون در این دست‌گاه نوری که در آن اجسام کوچک با کمک لیزر گیرانداخته‌ و چرخانده می‌شوند، از آن بهره می‌جویند. فوتون‌های درهم‌تافته‌ی چرخیده، یا جفت‌فوتون‌هایی با جهت‌ چرخش مخالف، شگفت‌آورند. بزرگی این چرخش با عدد کوانتومی l -تعداد دفعه‌های چرخیدن دور محور انتشار در فاصله‌ی یک طول‌موج- نمایش داده‌می‌شود. رادک لاپکیویکز، یکی از عضوهای گروه، می‌گوید: «هدف ما از این آزمایش این بود که ببینیم چقدر می‌توان این عدد را بالا برد».

چرخاندن

پیش از این گروه‌های دیگر نیز توانسته‌بودند با OAM فوتون‌ها را در هم‌بتابانند؛ باریکه‌ی لیزری بر بلوری «غیرخطی» تابانده‌شده و بخش کوچکی از فوتون‌ها که خودبه‌خود در بلور جدا می‌شوند تا دو فوتون درهم‌تافته‌ی کم‌انرژی‌تر درست‌کنند، جابه‌جا می‌گردند. این فوتون‌های در‌هم‌تافته طیف وسیعی از OAMها خواهندداشت. لاپکیزویکز می‌گوید اما این ره‌یافت که «طبیعت محدودیت‌هایی روی آن می‌گذارد» ، اجازه می‌دهد که اندازه‌ی  l تنها تا ۲۰ بالا برود.

با این روش، زیلینگر و هم‌کاران دریافته‌اند که می‌توان تفاوت عددهای کوانتومی را تا ۶۰۰ رساند (به بیان دیگر در یک فوتون ۳۰۰ = l و در دیگری ۳۰۰- = l). لاپکیویکز اشاره می‌کند که در نظریه هیچ حد بالایی روی اندازه‌ی l فوتون وجود ندارد؛ یعنی یک فوتون –یک جسم کوانتومی- همان‌قدر می‌تواند OAM داشته‌باشد که هر جسم بزرگی؛ چیزی که بدان «پیوند دنیای کلاسیکی و کوانتومی» می‌گوید. اما او توجه دارد که این اثرها هم‌چنان بسیار کوچک‌اند و حتی نمی‌توانند جسم‌های کوچک را بچرخانند. اما او به روزی می‌اندیشد که با ترکیب تکانه‌ی گروه بزرگی از فوتون‌های درهم‌تافته می‌توان چنین ‌کاری‌هایی کرد.

سنجش از راه دور و داده‌های کوانتومی

گروه زیلینگر هم‌چنین می‌گوید که روش‌شان می‌تواند در سنجش‌های از راه دور، به‌ویژه در آزمایش‌های تصویربرداری زیستی در نور کم، به کار آید. ایده‌ این است که برای اندازه‌گیری چرخش‌های کوچک اجسام، یک پوشش که شکاف‌هایی شعاعی دارد، را به کار ببندیم. می‌توان در هر جفت درهم‌تافته، تنها به یکی از فوتون‌ها OAM بالایی داد در حالي‌ كه دیگری هم قطبش‌اش را حفظ مي‌كند. اگر پوشش در مسیر فوتون‌های OAM قرار گرفته و به‌آرامی بچرخد، نرخ شناسایی فوتون‌های این دو مجموعه تغيير مي‌كند. ترفند این است كه قطبنده‌اي كه سر راه فوتون‌های قطبیده قرار داردباید l مرتبه بيشتر از زاويه‌اي كه بناست بسنجد بچرخد تا آن زاویه اندازه‌ای شود، و در نتيجه حساسيت اندازه‌گیری، l بار بهتر مي‌شود.

از دیدگاه لاپکیویکز، می‌توان این نتیجه‌ها را در داده‌های کوانتومی نیز به کار بست. او می‌گوید: نمونه‌اش این است که پردازش‌گرهای کوانتومی برای اتصال با دیگرانی که از OAM بهره می‌جویند، می‌توانند تنها بر درهم‌تافته‌گی قطبشی‌شان تکیه کنند.

هانس بچر از دانش‌گاه ملی اتریش باور دارد که «درهم‌تافته‌گی OAM می‌تواند هم برای داده‌های کوانتومی و هم برای مقدمات منطقی کوانتومی، مفهومی ژرف داشته‌باشد» ... او هم‌چنین می‌گوید: گروه زلینگر در این زمینه «گامی بزرگ روبه‌جلو برداشته‌اشت.» اما او بحث می‌کند که باید درهم‌تافته‌گی میان حالت‌های بیش‌تری به‌دست آید. او می‌افزاید: «در این کار درهم‌تافته‌گی میان دو حالت با عددهای کوانتومی بسیار متفاوتی به د‌ست آمد.» ... «مهم است، اما هم‌چنان درهم‌تافته‌گی تنها میان دو حالت است».

منبع:
http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/nov/01/spooky-action-with-twisted-beams