RSS
پنجمین همایش سالیانه بانوان در فیزیک ایران نهمین کنفرانس فیزیک ریاضی ایران
وبینار ماهانه شاخه فیزیک محاسباتی انجمن کنفرانس فیزیک ایران ۱۴۰۴ گردهمایی سراسری فیزیک ایران ۱۴۰۴ شانزدهمین کنفرانس فیزیک ذرات و میدان‌ها
انجمن @ شبکه‌های اجتماعی
شرح خبر
اخبار علمی و پژوهشی
استخراج فوتون از حلقه‌ی الماس (۱۳۹۱/۱۱/۲۳)
فیزیک‌دانان در آمریکا برای اولین بار قطعه‌ی یکپارچه‌ای ساخته‌اند که فوتون‌ها را٬ قبل از آن‌که نور از طریقِ یک موجبر به دنیای بیرون فرستاده شود٬ از قطعه‌ی کوچکی از الماس بیرون می‌کشد.
فوتون‌های مورد نظر همگی بسامد یکسانی دارند و از یک جای‌خالی نیتروژنی (NV) نشأت می‌گیرند؛ این جای‌خالی نیتروژنی٬ نقصی است در الماس و زمانی اتفاق می‌افتد که دو اتمِ کربن مجاورهم با یک اتم نیتروژن و یک مکانِ شبکه‌ای خالی جایگزین شود. بر اساس آنچه محققان گزارش داده‌اند٬ این تراشه می‌تواند در ایجاد فناوری اطلاعات کوانتومی همچون تکرارکننده‌های کوانتومی استفاده گردد.
برای هرکسی که سعی در ساختن یک کامپیوتر کوانتومی دارد٬ NVها مفید هستند٬ چون از آن اسپین الکترونی برخوردار هستند که به شکل بسیار خوبی از شبکه‌ی محیط پیرامونیِ خود ایزوله است- بر این اساس٬ چنان‌چه یک NV در یک حالت اسپینی معین٬ حتی در دمای اتاق٬ قرار گیرد٬ در همان حالت برای سال‌ها باقی خواهد ماند. یک NV همچنین می‌تواند تنها یک تک فوتون را گسیل کند به شرط آن‌که توسط لیزری با طول‌موج درست برانگیخته شود. با همه‌ی این اوصاف، این ویژگی‌ها به معنای آن است که NVها این امکان را به داده‌ها می‌دهند تا برای زمان‌های طولانی٬ قبل از آن‌که به عنوان یک تک فوتون بازخوانی شوند٬ در داخل یک نقص نگه‌داشته شوند.
محققان بویژه علاقه‌مندند تا فوتون‌هایی را استخراج کنند که با شبکه‌ی محیط پیرامونیِ خود اندرکنش نداشته باشند٬ چون این فوتون‌هایِ «خط فونونی صفر (ZPL)» از بسامد خوش‌تعریفی برخوردارند. متاسفانه٬ یکی از چالش‌هایی که در ساخت سیستم‌های کوانتومیِ برپایه‌ی NV وجود دارد٬ این است که چگونه می‌توان به شکل قابل اعتمادی فوتون‌های ZPL را از الماس به بیرون رانده و به درون یک سیستم اپتیکیِ یکپارچه وارد کرد؛ جایی‌که بتواند بیشتر تحت پردازش قرار گیرد. آنچه که اندره فارائن و همکارانش از کَل‌تک٬ هیولت پاکارد و دانشگاه واشنگتن انجام آن را مدیریت کرده‌اند این است که سیستم اپتیکیِ یکپارچه‌ای را ایجاد کنند که قادر به انجام چنین کاری باشد.
فوتون‌های مورد نظر همگی بسامد یکسانی دارند و از یک جای‌خالی نیتروژنی (NV) نشأت می‌گیرند؛ این جای‌خالی نیتروژنی٬ نقصی است در الماس و زمانی اتفاق می‌افتد که دو اتمِ کربن مجاورهم با یک اتم نیتروژن و یک مکانِ شبکه‌ای خالی جایگزین شود. بر اساس آنچه محققان گزارش داده‌اند٬ این تراشه می‌تواند در ایجاد فناوری اطلاعات کوانتومی همچون تکرارکننده‌های کوانتومی استفاده گردد.
برای هرکسی که سعی در ساختن یک کامپیوتر کوانتومی دارد٬ NVها مفید هستند٬ چون از آن اسپین الکترونی برخوردار هستند که به شکل بسیار خوبی از شبکه‌ی محیط پیرامونیِ خود ایزوله است- بر این اساس٬ چنان‌چه یک NV در یک حالت اسپینی معین٬ حتی در دمای اتاق٬ قرار گیرد٬ در همان حالت برای سال‌ها باقی خواهد ماند. یک NV همچنین می‌تواند تنها یک تک فوتون را گسیل کند به شرط آن‌که توسط لیزری با طول‌موج درست برانگیخته شود. با همه‌ی این اوصاف، این ویژگی‌ها به معنای آن است که NVها این امکان را به داده‌ها می‌دهند تا برای زمان‌های طولانی٬ قبل از آن‌که به عنوان یک تک فوتون بازخوانی شوند٬ در داخل یک نقص نگه‌داشته شوند.
محققان بویژه علاقه‌مندند تا فوتون‌هایی را استخراج کنند که با شبکه‌ی محیط پیرامونیِ خود اندرکنش نداشته باشند٬ چون این فوتون‌هایِ «خط فونونی صفر (ZPL)» از بسامد خوش‌تعریفی برخوردارند. متاسفانه٬ یکی از چالش‌هایی که در ساخت سیستم‌های کوانتومیِ برپایه‌ی NV وجود دارد٬ این است که چگونه می‌توان به شکل قابل اعتمادی فوتون‌های ZPL را از الماس به بیرون رانده و به درون یک سیستم اپتیکیِ یکپارچه وارد کرد؛ جایی‌که بتواند بیشتر تحت پردازش قرار گیرد. آنچه که اندره فارائن و همکارانش از کَل‌تک٬ هیولت پاکارد و دانشگاه واشنگتن انجام آن را مدیریت کرده‌اند این است که سیستم اپتیکیِ یکپارچه‌ای را ایجاد کنند که قادر به انجام چنین کاری باشد.
انطباق بسامدها
در قلبِ وسیله‌ای که این تیم ساخته‌اند٬ حلقه‌ی الماسی وجود دارد که تنها ۴/۵ میکرومتر قطر دارد و شامل مراکز NV است. این حلقه در کنار موجبری می‌نشیند که در حدود ۱۰ میکرومتر درازا دارد (شکل را ببینید). این قطعه تا دمای پایین‌تر از ۱۰ کلوین سرد می‌شود٬ حلقه‌ی مورد نظر با لیزر سبزرنگی اسکن شده و این کار تا زمانی ادامه می‌یابد که یک مرکز NV با بسامدِ تشدیدی که به بسامدِ حلقه نزدیک است٬ مکان‌یابی شود. این تیم پس از آن٬ یک گاز نادر را به داخل سرماسنج وارد می‌سازند که مقداری از آن بر روی حلقه چگالیده می‌شود - که نتیجه٬ تغییرِ بسامدِ تشدید خواهد بود. و این اضافه نمودن گاز تا زمانی ادامه می‌یابد که بسامد مرکز NV و حلقه دقیقاً بر هم منطبق گردد.
فوتون‌های ZPL با روشن ساختن لیزر سبزرنگ در مرکز NV ایجاد می‌شوند. این فوتون‌ها٬ قبل از پرش بر روی موجبر٬ ابتدا حول حلقه گردش می‌کنند. پس از آن به سوی یکی از دو انتهای موجبر حرکت می‌کنند و یک توریِ پراش آنها را به بیرون پراکنده می‌سازد و می‌توان با یک میکروسکوپ متصل به یک طیف‌سنج و یک آشکارسازِ فوتونی آنها را مشاهده کرد.
محققان دریافتند٬ نسبت به حالتی که در آن مراکز NV در نمونه‌های مشابهی از الماس که بخشی از قطعات یکپارچه نبوده است٬ در این حالت٬ در حدود ۲۵ برابر فوتونِ ZPL بیشتری را جمع آوری کرده‌اند.
فارائن به این کار٬ به عنوان گام مهمی به سوی ایجاد مدارهای یکپارچه نگاه می‌کند که در آن فوتون‌های ZPL ٬ حاملِ اطلاعات کوانتومی از یک مرکز NV به مرکز دیگر هستند. به گفته‌ی وی: ما نشان می‌دهیم که فوتون‌ها - حاملان اطلاعات - از یک مرکز NV می‌توانند با تشدیدگر اپتیکی جفت شده و پس از آن یک جفت‌شدگی بیشتری با یک موجبر فوتونی داشته باشند. امیدواریم قطعات چندگانه‌ای از این نوع٬ در یک شبکه‌ی فوتونی و بر روی یک تراشه٬ به هم بپیوندند.
آنچه فارائن و همکارانش قصد انجام آن را دارند گسترش و توسعه‌ی قطعاتی است که شامل بیش از یک مرکز NV است و نشان دادن اینکه فوتون‌های گسیل‌شده بواسطه‌ی دو NV می‌توانند برای ایجاد تداخل ساخته شوند؛ پیش‌نیازی برای محصور ساختن مراکز NV. به محض آن‌که این محصورساختن و گیرانداختن حاصل شود٬ پس از آن٬ این قطعات می‌توانند به عنوان تکرارکننده‌های کوانتومی استفاده شوند و فوتون‌های گیرافتاده را بدون مختل کردنِ حالت گیرافتاده٬ جذب و بازگسیل کنند - چیزی‌که اگر اطلاعات کوانتومی در فواصل بزرگ انتقال یابند، ضروری به نظر می‌رسد. فارائن به physicsworld.com گفت که همکاران او در هیولت پاکارد٬ اکنون بر روی محصورساختن مراکز NV بر روی تراشه‌ی مشابهی کار می‌کنند.
این دستگاه در New Journal of Physics توصیف شده است.
نویسنده خبر: بهنام زینال‌وند فرزین
کد خبر : 882
آمار بازدید: ۳۶۶
آمار بازدید: ۳۶۶
«استفاده از اخبار انجمن فیزیک ایران و انتشار آنها، به شرط
ارجاع دقیق و مناسب به خبرنامه‌ی انجمن بلا مانع است.»
ارجاع دقیق و مناسب به خبرنامه‌ی انجمن بلا مانع است.»
حامیان انجمن فیزیک ایران (به حامیان انجمن بپیوندید)
Server:
Iran (45.82.138.40)
