المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 اندازه‌گیری کوانتمی: بخش دوم
اندازه‌گیری کوانتمی: بخش دومزنگ تفريح فيزيك
از زمان گالیله تاکنون ارقام حاصل از احتساب اندازه ها رفته رفته دقیقتر شده است و نیز یکی از اصول بنیادی علم معاصر محسوب می شود. امروزه اندازه و اندازه گیری یکی از نیازهای مهم بشر قلمداد می شود و دست آورد آن رشته ی کاملا مستقلی است بنام «اندازه گیری» (Metrology).

 

 ادامه از قبل

 

برای درک بهتر این پدیده تداخل سنجِ Mach Zehnder تصویر زیر را در نظر بگیرید .

 

 

 



 

  اگر نور ورودی، نور کلاسیک (مثلا یک لیزر) باشد غلظت آن بر روی دریچه خروجی از ۱ تا cosf  قابل تغییر است. f اختلاف میان دو مسیر را نشان می دهد. و اگر تصور کنیم تعداد N فوتون وجود داشته باشد و هیچ یک بر دیگری تداخل نیابد شرایطی  معادل با |0ñ + eiNf |Nñ حاصل می شود. <0| و

 

از این فرضیه به این نتیجه می رسیم که ساعت های اتمی به خودی خود نوعی تداخل سنج محسوب می شوند و بنابراین این محاسبات و نتایج برای آنها هم صادق است. کاهش Shot طی سال های اخیر در برخی آزمایشگاه ها امکان پذیر شده است و این امکان وجود دارد راهکارهایی بهتری نیز در حوزه فناوری حاصل شود. نتایج قابل توجهی طی پژوهش های صورت گرفته در مرکز تحقیقات مترولوزی تورین به دست آمده است که همچنان در حال توسعه می باشند. اولین اثبات کاهش ضریب صدای  Shot توسط INRiM صورت گرفته است.

 

 

                                                                            

این نتیجه حاکی از آن است که نور نیز نوساناتی و یا به عبارتی صداهایی ایجاد می کند. حال فرض کنیم جسمی در اختیار داریم که قادر است نور را به طور محسوسی جذب کند (به طور مثال تعدادی ماده ی بیولوژیک در اختیار داریم که بر روی یک شیشه کوچک قرار گرفته اند) هنگامی که میزان جذب پایین تر از حد خاصی می شود تصویر جسم در نوسانات  نوری که از طریق آن عمل مشاهده صورت می گیرد (مثلا چراغ با لیزر) محو و غیر قابل تشخیص می شود. 

 

در این حالت همانطورکه پیشتر ذکر شد نورِ کلاسیک نیز دارای صدا است (هنگامی که سیگنال نور بسیار ضعیف است شاهد نوساناتی می شویم. به طور مثال برای یک سیگنال ممکن است به طور متوسط  ۲۰ فوتون در ثانیه تخمین زده شود و برای سیگنالی ۱۷ فوتون و برای سیگنال دیگر ۲۵ فوتون.) 

 

برای بهبود می توان پرتو نور را به دو بخش تقسیم و نواسانات هر شاخه را بدون حضور جسم محاسبه کرد. 

این بهبود که تا حدودی نیز دست یافتنی است از طریق پارامتر ذیل محاسبه گردیده است: 

 

 

N1 و   N2 به ترتیب شمار فوتون هایی است که روی هریک از شاخه های ۱ و ۲ محاسبه شده و d 2 (N1 – N2)  معادل اختلاف (میزان نوسان) است. نشانه های < > بیانگر متوسط اندازه است. هرچقدر میزان s کمتر باشد تصویر بدست آمده شفاف تر خواهد بود. s هر لامپ معمولی بالای ۱ می باشد حال آنکه این عدد در لیزر ها به حداقل شمار ممکن یعنی زیر 1عدد می رسد.

 

 

 

 

 

طبق پژوهش های صورت گرفته توسط گروه مطالعاتی دانشگاه کوموی ایتالیا، این نتایج می توانند همچنان بهبود یابند و نیز لازمه ی آن استفاده از پرتوهای نوری خاص با قابلیت ارتباطی بالا است. طبق تصویر بعدی دو پرتو نوری به اصطلاح دوقلو تولید شده اند که نوسانات کاملا مرتبطی با یکدیگر دارند. با استفاده از پرتوهای دو قلو صدا می تواند قطع گردد و یا به عبارتی پارامتر s به صفر برسد.

 

 

 

 

 

شکل مذکور حاصل تحقیقات دانشمندان INRiM است.  تصویر  p از پشت شیشه با نور کلاسیک (لیزر یا ترمیک ) که مخصوص لامپها است با دوربین CCD  قابل رویت نبود، چرا که تصویر میان نوسانات محو می شد. بالعکس هنگامی که از پرتوهای دو قلو استفاده گردید تصویر به شکل معجزه آسایی قابل مشاهده شد.

 

این نتایج با امکان بدست آوردن "رادار کوانتمی" (یعنی تشخیص جسم با استفاده از ضوابط کوانتومی) و ارائه برخی راهکارهای تداخل سنجی به اثبات رسید و در حال پیشترفت می باشد.  این تحقیقات تنها می تواند برای فیزیک پایه جذاب باشد بلکه قادر است راهکارهای مفیدی در زمینه های مختلف علمی از جمله علوم زیست شناسی ارائه دهد. مترولوژی کوانتومی به سبب ارائه اندازه های دقیق و نیز استفادهای آن در فناوری (از جمله رمزنگاری کوانتومی، اطلاعات کوانتومی و محاسبات کوانتومی) روز به روز اهمیت چشم گیری می یابد و در حال گسترش است. 

 

منبع:

 

IAF

Quantum Metrology

 

Mach–Zehnder interferometer

منابع مفید: 

احتمال، کوانتمی است؟

شبح کوانتمی: ۱ - ۲

انتقال به را ه دور

محاسبات کوانتمی

نظریه اطلاعات

منشا گرانشی کوانتم: ۱ - ۲ - ۳ - ۴

رمزنگاری کوانتمی: ۱ -۲ -۳

Marco Genovese

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ - ویکی پدیا 

1394/11/1لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد فيزيك
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  2175
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  2175