اگه بهت بگم فیزیک‌دان‌ها یه رادار جدید ساختن که می‌تونه اشیای زیر زمین رو ببینه، اونم با استفاده از بخار اتم‌هایی توی یه شیشه کوچیک، باورت میشه؟ این دستگاه باحالی که فعلاً فقط یه نمونه‌ی اولیه‌ست، شاید در آینده تو کارهایی مثل ساخت شبکه‌های زیرزمینی، حفاری برای گاز طبیعی یا حتی باستان‌شناسی حسابی به درد بخوره!
خب، بذار از اول برات تعریف کنم چیه ماجرا. این رادار بر پایه مفهومی به اسم سنسور کوانتومی درست شده. سنسور کوانتومی یعنی دستگاه‌هایی که از خاصیت‌های عجیب دنیای کوانتوم (اون دنیای ریز و عجیب ذرات ریز مثل اتم‌ها و الکترون‌ها!) برای اندازه‌گیری یا شناسایی استفاده می‌کنن. یعنی با کمک ویژگی‌هایی که تو دنیای عادی اصلاً نداریم، کارهای عجیبی انجام میدن.
رادارهای معمولی اینجوری کار می‌کنن که امواج رادیویی می‌فرستن و بعد هرچی از اجسام اطراف بازتاب پیدا کنه، آنتنشون می‌گیره و از زمان رفت و برگشتش موقعیتشو پیدا می‌کنن. اما این رادار کوانتومی یه خلاقیت جدید داره: به جای اون آنتن بزرگای فلزی و سنتی، یه شیشه کوچیک پر از اتم سزیم داره که اندازه‌ش تقریباً فقط یه سانتیمتره!
حالا چجوری این شیشه کوچک کار می‌کنه؟ داخل این شیشه، اتم‌های سزیم رو با لیزر باد می‌کنن تا خیلی بزرگ بشن. به این حالت اتم‌ها میگن “اتم رایبردرگ” (Rydberg atoms)، که یعنی اتم‌هایی که الکترونشون تو حالت خیلی پرانرژی می‌چرخه و اندازه‌شون تقریباً ده هزار برابر بزرگ‌تر از حالت عادیه، مثلاً میشه اندازه یه باکتری. وقتی موج رادیویی به این اتم‌های بزرگ برخورد می‌کنه، الکترون‌های اطراف هسته‌شون به هم می‌خوره و ویژگی نورشون تغییر می‌کنه. دانشمندها این نور رو بررسی می‌کنن و متوجه میشن که موج رادیویی اصلاً بهشون خورده یا نه و حتی از کدوم جهت اومده.
یه نکته خفن اینه که این رایبردرگ‌ها نسبت به کلی فرکانس رادیویی حساسن، یعنی لازم نیست واسه هر کاربرد خاص، دستگاه رو تغییر بدن. مثلاً برای شناسایی اشیای مختلف یا اندازه‌گیری تو شرایط عجیب، این سنسور یه دنیا کار راه میندازه!
حالا خود آزمایش چطوری بوده؟ دانشمندها اومدن یه اتاق خاص ساختن که دیوارها، سقف و کفش پر از یونولیت‌های نوک‌تیز مانند کوهه! این یونولیت‌ها امواج رادیویی رو جذب می‌کنن و اصلاً بازتابشون نمی‌دن، مثلاً فرض کن وسط بیابون وایسادی که هیچ چیزی دور و برت نیست.
یه فرستنده موج رادیویی و سه تا جسم (یه صفحه مسی اندازه یه برگه A4، چند تا لوله و یه میله فولادی) رو با فاصله تا ۵ متر جا گذاشتن تو اتاق. بعد اتم‌گیر رادارشون (یعنی همین شیشه پر از اتم رایبردرگ!) رو روشن کردن. نتیجه چی شد؟ این دستگاه تونست موقعیت اشیا رو با دقت ۴.۷ سانتیمتر پیدا کنه، که واقعاً باحاله!
توی این پروژه، پژوهشگرهایی از مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) و یه شرکت دفاعی به اسم RTX دست به دست هم دادن و موفق شدن اولین رادار کوانتومی قابل تست رو بسازن. به گفته این گروه، امید دارن ابزارشون رو جمع و جورتر از رادارهای فعلی درست کنن؛ چون به جای آنتن غول‌پیکر، همون شیشه کوچولو کافیه.
رادار کوانتومی هنوز تو فاز آزمایشیه و قراره بیشتر روی حساسیتش کار شه، مخصوصاً برای گرفتن سیگنال‌های ضعیف‌تر. اینم گفتن که همچین راداری قرار نیست جای همه رادارها رو بگیره، بلکه تو بعضی شرایط خاص (که ابزار کوچیک و دقیق می‌خوان) معرکه‌ست.
البته این دنیای رایبدرگ فقط برای رادار زیرزمینی نیست! مثلاً پارنیاک (یه فیزیک‌دان لهستانی) با تیمش همین نوع اتم‌ها رو برای اندازه‌گیری فرکانس‌های رادیویی تو تراشه‌های خودرو امتحان کردن، یا حتی دارن روش تست می‌کنن که خاک چقدر رطوبت داره!
در کل، سنسورهای کوانتومی مث رایبدرگ، دقتشون فوق‌العاده‌ست چون اتم‌های سزیم همه عین همن و همیشه رفتار یکسان نشون میدن. این خصوصیت باعث میشه نیازشون به تنظیم مجدد (کالیبراسیون) نسبت به دستگاه‌های معمولی خیلی کمتر باشه.
یه نکته دیگه: خیلی از کشورهای دنیا الان دارن میلیاردها دلار خرج تحقیقات سنسورهای کوانتومی و کامپیوترهای کوانتومی می‌کنن. چون این دو تا خیلی شبیه هم‌ان و حتی پیشرفت تو یکی، می‌تونه به پیشرفت اون یکی کمک کنه. مثلاً بعضی گروه‌ها از تکنیک‌های اصلاح خطای کامپیوتر کوانتومی برداشتن و روی بهبود سنسور یاد شده پیاده کردن!
خلاصه، رادار کوانتومی یه جهش جدیده تو شناسایی اشیای مدفون و ابزارهایی که می‌خوان هم کوچیک باشن، هم دقیق و هم تا حدی آینده‌نگر. شاید چند سال دیگه این شیشه‌های جادویی رو تو کارهای روزمره‌مون ببینیم!
منبع: +
