نور در یک شبیه ساز کوانتومی جدید، مانند یک آهنربا رفتار می‌کند!

نور در یک شبیه ساز کوانتومی جدید، مانند یک آهنربا رفتار می‌کند!

فیزیکدانان موسسه‌ی پلی‌تکنیک فدرال لوزان (EPFL) شبیه ساز کوانتومی جدیدی پیشنهاد داده‌اند: دستگاهی مبتنی بر لیزر که می‌تواند برای مطالعه‌ی طیف گسترده‌ای از سیستم‌های کوانتومی، استفاده شود. محققان دریافتند که طبق قوانین مکانیک کوانتومی، فوتون‌ها در دماهایی نزدیک به صفر مطلق می‌توانند مانند دوقطبی‌های مغناطیسی رفتار کنند. این شبیه ساز کوانتومی ساده در چنین شرایطی (دمای نزدیک به صفر مطلق) می‌تواند به درک بهتر خواص مواد پیچیده، کمک کند.

سیستم‌های ساخته شده از تعداد زیادی ذرات برهمکنش‌کننده که تابع قوانین مکانیک کوانتومی‌اند، می‌توانند رفتار بسیار پیچیده‌ای را نشان دهند به گونه‌ای که توصیف کمی آن‌ها، قابلیت‌های قدرتمندترین کامپیوترهای جهان را به چالش می‌کشد. در سال 1981  فیزیکدان نظری، ریچارد فاینمن بیان کرد که ما می‌توانیم چنین رفتار پیچیده‌ای را با استفاده از یک دستگاه مصنوعی که تابع همان قوانین کوانتومی است و به عنوان یک شبیه ساز کوانتومی شناخته می‌شود، شبیه سازی کنیم.

مثالی از یک سیستم کوانتومی پیچیده، آهنرباهایی هستند که در دماهای بسیار پایین قرار دارند. مواد مغناطیسی، نزدیک صفر مطلق (۱۵/۲۷۳- درجه سلسیوس)، ممکن است دستخوش انتقال فاز کوانتومی شوند. این سیستم مانند یک انتقال فاز معمولی (مثل ذوب یخ یا تبخیر آب) همچنان بین دو حالت تغییر می‌کند، به ‌استثنای اینکه نزدیک به نقطه‌ی انتقال یا گذار، درهم تنیدگی کوانتومی (عمیق‌ترین خصوصیتی که در مکانیک کوانتومی پیش‌بینی شده) را از خود بروز می‌دهد. مطالعه‌ی این پدیده در مواد واقعی، مقوله‌ی بحث برانگیز و مهیجی برای فیزیکدانان تجربی است.

اما اکنون فیزیکدانان موسسه‌ی پلی‌تکنیک فدرال لوزان، یک شبیه ساز کوانتومی طراحی کرده‌اند که نویدبخش حل این مشکل است. آنها می‌گویند:
 این شبیه ساز کوانتومی جدید، یک دستگاه فوتونی ساده است که می‌تواند به‌راحتی با تکنیک‌های آزمایشگاهی فعلی ساخته و اجرا شود؛ اما مهم‌تر آنکه، این دستگاه می‌تواند رفتار پیچیده‌ی آهنرباهای واقعی برهمکنش‌کننده در دماهای بسیار پایین را شبیه سازی کند.

این شبیه ساز می‌تواند با استفاده از مدارهای ابررسانا (همان بستر تکنولوژیکی مورد استفاده در کامپیوترهای کوانتومی مدرن) ساخته شود. این مدارها با میدان‌های لیزری جفت می‌شوند؛ به طوری که باعث ایجاد برهمکنشی موثر میان ذرات نور (فوتون‌ها) می‌گردد. محققان می‌گویند:
با مطالعه‌ی این شبیه ساز کوانتومی، متوجه شدیم که فوتون‌ها مانند دوقطبی‌های مغناطیسی در سراسر انتقال فاز کوانتومی در مواد واقعی رفتار می‌کنند. به طور خلاصه، ما حالا می‌توانیم به جای اینکه خود آزمایش را اجرا کنیم، از فوتون‌ها برای اجرای یک آزمایش مجازی روی آهنرباهای کوانتومی استفاده کنیم. ما نظریه‌پرداز هستیم و برای ساخت این شبیه ساز کوانتومی ویژه، ایده‌ای ارائه دادیم و رفتارش را با شبیه سازی کامپیوترهای سنتی مدل سازی کردیم. در واقع چنین روشی، زمانی می‌تواند استفاده شود که شبیه ساز کوانتومی یک سیستم به اندازه کافی کوچک را بررسی کند. یافته‌های ما ثابت می‌کند که این شبیه ساز کوانتومی جدید، قابل اعتماد است. ما اکنون در حال مذاکره با گروه‌های تجربی‌ هستیم که می‌خواهند به ساخت و بهره‌برداری از آن بپردازند. شبیه ساز کوانتومی ما قابلیت استفاده در انواع گسترده‌ای از سیستم‌های را کوانتومی دارد و به فیزیکدانان امکان می‌دهد چندین پدیده‌ی کوانتومی پیچیده را مطالعه کنند. یقینا ساخت این شبیه ساز کوانتومی ، پیشرفت قابل توجهی در توسعه‌ی فناوری‌های کوانتومی است.



نمایش مقاله اصلی در مجله Physical Review Letters
منبع: phys.org

كلمات كليدي :
شبیه ساز کوانتومی