İnce cihaz, kuantum mekaniğindeki en tuhaf ve en kullanışlı fenomenlerden birini tetikler.

Son zamanlarda dergide yayınlanan yeni araştırmaya göre, süper ince bir buluş, bilim adamlarının garip ama kullanışlı bir kuantum mekaniği olgusunu kontrol etmesine yardımcı olarak gelecekteki bilgi işlem, algılama ve şifreleme teknolojilerini dikkate değer ölçüde daha küçük ve daha güçlü hale getirebilir. Bilim.

Sandia Ulusal Laboratuvarları ve Max Planck Işık Bilimi Enstitüsü’nden bilim adamları, dolaşıklık adı verilen tuhaf bir kuantum etkisinde fotonları bağlamak için ekipmanla dolu bir odanın yerini alabilecek bir cihaz bildirdiler. Metasurface adı verilen bir tür nano mühendislik ürünü olan bu cihaz, fotonları kompakt teknolojilerle mümkün olmayan karmaşık şekillerde dolaştırmanın yolunu açıyor.

Bilim adamları fotonların dolanık olduğunu söylediğinde, fotonlar evrende nerede ve ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar, birindeki eylemlerin diğerini etkileyecek şekilde bağlantılı olduklarını kastediyorlar. Bu kuantum mekaniğinin, parçacıkları ve diğer küçük şeyleri yöneten fizik yasalarının bir etkisidir.

Bu fenomen garip görünse de, bilim adamları onu bilgiyi yeni yollarla işlemek için kullandılar. Örneğin, dolaşıklık, hassas kuantum bilgilerinin korunmasına ve bir gün ulusal güvenlik, bilim ve finans için geniş kapsamlı etkileri olabilecek bir alan olan kuantum hesaplamadaki hataların düzeltilmesine yardımcı olur. Dolaşıklık, güvenli iletişim için yeni gelişmiş şifreleme yöntemlerini de mümkün kılıyor.

Bir kağıt yaprağından yüz kat daha ince olan çığır açan cihaz için araştırma, kısmen Sandia Ulusal Laboratuvarları ve Los Alamos tarafından işletilen bir Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi kullanıcı tesisi olan Entegre Nanoteknoloji Merkezi’nde gerçekleştirildi. Sandia’nın ekibi, Bilim Ofisi, Temel Enerji Bilimleri programından fon aldı.

Işık içeri girer, dolaşık fotonlar dışarı çıkar

Yeni metasurface, bu olağandışı kuantum fenomenine bir geçit görevi görür. Bir bakıma, bu, Lewis Carrol’un “Through the Looking Glass”ındaki genç kahraman Alice’in tuhaf yeni bir dünya deneyimlediği aynaya benziyor.

Bilim adamları yeni cihazlarını taramak yerine içinden bir lazer geçirir. Işık demeti, galyum arsenit adı verilen yaygın bir yarı iletken malzemeden yapılmış nano ölçekli yapılarla kaplanmış ultra ince bir cam numuneden geçer.

Sandia’nın ekibini yöneten ve doğrusal olmayan optik adı verilen bir alanda uzman olan Sandia’nın önde gelen bilim adamı Igal Brener, “Tüm optik alanları bulanıklaştırıyor” dedi. Bazen, farklı dalga boylarında bir çift dolaşık foton numuneden gelen lazer ışını ile aynı yönde ortaya çıktığını söylüyor.

Brener, cihaz hakkında heyecanlı olduğunu, çünkü her seferinde sadece bir çift değil, hepsi birbirine dolanmış ve bazıları birbirinden ayırt edilemeyen karmaşık foton dizileri üretmek üzere tasarlandığını söyledi. Bazı teknolojiler, karmaşık bilgi işleme şemaları için sözde çoklu karışıklıkların bu karmaşık çeşitlerine ihtiyaç duyar.

Silikon fotoniğine dayalı diğer minyatür teknolojiler de fotonları dolaştırabilir, ancak gerekli düzeyde karmaşık çoklu dolaşma olmadan. Şimdiye kadar, bu tür sonuçları elde etmenin tek yolu, lazerler, özel kristaller ve diğer optik ekipmanlarla dolu çok sayıda tablo kullanmaktı.

Brener, “Bu çoklu karışıklık iki veya üçten fazla çift gerektirdiğinde oldukça karmaşık ve biraz inatçı” dedi. “Bu doğrusal olmayan metayüzeyler, daha önce inanılmaz derecede karmaşık optik kurulumlar gerektirdiğinde, bu görevi esasen tek bir örnekte gerçekleştirir. »

Bilimsel makale, ekibin, aynı anda birden fazla karmaşık şekilde dolaşık foton çifti üretmenin önemli bir öncüsü olan, değişen dalga boylarına sahip dolaşık fotonlar üretmek için meta yüzeyini nasıl başarılı bir şekilde ayarladığını anlatıyor.

Ancak araştırmacılar, makalelerinde, cihazlarının verimliliğinin – dolanık foton grupları oluşturabilme hızlarının – diğer tekniklerden daha düşük olduğunu ve iyileştirilmesi gerektiğini belirtiyorlar.

metasurface nedir?

Metasurface, ışık ve diğer elektromanyetik dalgalarla geleneksel malzemelerin yapamayacağı şekillerde etkileşime giren sentetik bir malzemedir. Brener, ticari endüstrilerin meta yüzeyleri geliştirmekle meşgul olduklarını çünkü daha az yer kapladıklarını ve örneğin geleneksel bir lense göre ışıkla daha fazlasını yapabildiklerini söyledi.

Brener, “Artık lensleri ve kalın optik elemanları metasurfaces ile değiştirebilirsiniz.” Dedi. “Bu tür metasurfaces tüketici ürünlerinde devrim yaratacak. »

Sandia, meta yüzeyleri ve metamalzemeleri araştıran dünyanın önde gelen kurumlarından biridir. Bileşik yarı iletkenler üreten Mikrosistem Mühendisliği, Bilim ve Uygulamalar kompleksi ile yakındaki Entegre Nanoteknoloji Merkezi arasında araştırmacılar, bu iddialı yeni malzemeleri tasarlamak, üretmek ve analiz etmek için ihtiyaç duydukları tüm özel araçlara erişebilirler.

Sandia’da projenin çeşitli yönleri üzerinde çalışan eski bir doktora sonrası araştırmacı olan Sylvain Gennaro, “Çalışma zorluydu çünkü kuantum çalışma sürecini başlatan keskin, dar bantlı optik rezonansları elde etmek için hassas nanofabrikasyon teknolojisi gerektiriyordu” dedi.

Cihaz, Sandia ile Max Planck Işık Bilimi Enstitüsü’nde kuantum foton dolaşıklığı konusunda uzman olan fizikçi Maria Chekhova liderliğindeki bir araştırma grubu arasındaki ortaklık yoluyla tasarlandı, üretildi ve test edildi.

Max ekibi üyesi Tomás Santiago-Cruz ve makalenin ilk yazarı Plank, “Metayüzeyler, kuantum optikte bir paradigma kaymasına yol açarak, ultra küçük kuantum ışık kaynaklarını kuantum durum mühendisliği için genişletilmiş olanaklarla birleştiriyor” dedi.

On yıldan fazla bir süredir metamalzemeler üzerinde çalışan Brener, bu yeni araştırmanın sonunda ikinci bir devrimi ateşleyebileceğini söyledi – bu materyallerin yalnızca yeni bir lens türü olarak değil, aynı zamanda kuantum bilgilerinin ve diğerlerinin tedavisi için bir teknoloji olarak geliştirildiğini gören bir devrim. yeni uygulamalar.

“Zaten iyi kurulmuş ve yolda olan bir meta yüzey dalgası var. Belki de ikinci bir yenilikçi uygulama dalgası geliyor” dedi.

Sandia Ulusal Laboratuvarları, Birleşik Devletler Enerji Bakanlığı Ulusal Nükleer Güvenlik İdaresi için Honeywell International Inc.’in tamamına sahip olduğu bir yan kuruluş olan Sandia LLC’nin Ulusal Teknoloji ve Mühendislik Çözümleri tarafından işletilen çok görevli bir laboratuvardır. Sandia Labs, nükleer caydırıcılık, küresel güvenlik, savunma, enerji teknolojileri ve ekonomik rekabet gücü alanlarında önemli araştırma ve geliştirme sorumluluklarına sahiptir ve başlıca tesisleri Albuquerque, New Mexico ve Livermore, California’dadır.

Leave a Comment

Your email address will not be published.