احتمالاً توی درس فیزیک اسم اصل عدم قطعیت هایزنبرگ به گوشت خورده، همون قانونی که حدود صد سال قبل، ورنر هایزنبرگ مطرحش کرد و میگه ما نمی‌تونیم همزمان موقعیت و شدت یه ذره کوانتومی رو دقیق بدونیم. این مفهوم همیشه یه جورایی ذهنی و تئوری بود ولی حالا محقق‌ها موفق شدن برای اولین بار این عدم قطعیت رو در لحظه و به صورت واقعی ببینن! چطوری؟ با یه تکنیک جذاب به اسم نور فشرده یا همون Squeezed Light.
خب Squeezed Light یعنی چی؟ نور معمولی یه جورایی مثل بادکنک گرده که عدم‌قطعیتش بین موقعیت و شدت پخش شده. اما وقتی نورت رو “فشرده” می‌کنی، انگار بادکنکت بیضی میشه: مثلاً شدت نور خیلی دقیق میشه ولی موقعیتش نویزی‌تر میشه یا برعکس.
آقا محمد حسن، استاد فیزیک و علوم اپتیک و نفر اصلی این تحقیق، توضیح میده که قبلاً فقط با پالس‌های لیزری خیلی طولانی (در حد میلی‌ثانیه)، می‌شد نور فشرده ساخت. ولی حالا این تیم تونسته نور فشرده‌ای تولید کنه که فقط چند فمتوثانیه طول می‌کشه (یه فمتوثانیه یعنی یک هزار میلیارد میلیاردیم ثانیه!).
برای این کار، حسن و همکاراش یه تکنولوژی ساختن به اسم Four-Wave Mixing. این یعنی چند تا منبع نور رو با هم ترکیب می‌کنی تا یه حالت جدید (یا کوانتومی) به دست بیاد. اونا یه لیزر رو به سه پرتو کاملاً مشابه تقسیم کردن و هر سه رو روی یک قطعه شیشه مخصوص (سیلیکای ذوب شده) فوکوس کردن تا نور فوق‌سریع و فشرده بسازن.
نکته جالب اینه که با تغییر زاویه همین قطعه سیلیکا، می‌تونن هر بار یکی از خواص نور (مثلاً شدت یا فاز) رو بیشتر “فشار” بدن و در لحظه این کار رو کنترل کنن. این یعنی برای اولین بار تونستن عدم قطعیت کوانتومی رو لحظه‌به‌لحظه ببینن و حتی کنترلش کنن!
این دستاورد فقط واسه باحال بودن نیست، کاربرد عملی هم داره. مثلاً توی آشکارسازهای امواج گرانشی (اونایی که دنبال لرزش‌های ریز فضا-زمان هستن)، همین نور فشرده باعث میشه راحت‌تر نویزها رو حذف کنن و سیگنال‌ها رو بگیرن.
اما این فقط شروع ماجراست! تیم تحقیقاتی از این روش برای ارتباطات ایمن کوانتومی هم استفاده کرده. ارتباطات کوانتومی یعنی انتقال اطلاعات به کمک قوانین عجیب کوانتوم که خیلی خیلی سخت هک میشه. حالا اگر کسی بخواد وسط راه پیام رو شنود کنه، باید علاوه بر کلید رمزگشایی، شدت پالس نور رو هم دقیق بدونه. چون دخالتش باعث به‌هم‌ریختن “فشردگی” نور میشه و داده‌هایی که به دستش میاد نابجا و اشتباهه.
آینده این تکنولوژی خیلی هیجان‌انگیزه! فراتر از ارتباطات امن، نور کوانتومی فوق‌سریع می‌تونه حسگرهای خیلی قوی، ابزارهای تشخیص پزشکی دقیق‌تر و حتی کشف داروهای جدید رو ممکن کنه. مثلاً کوانتوم سنسینگ به این معنیه که با کمک پدیده‌های کوانتومی، می‌تونی اندازه‌گیری‌ها و سنسورهایی بسازی که Ultra Sensitive باشن، یعنی خیلی حساس و دقیق.
برای این کشف، محمد حسن با محقق‌هایی از بارسلونا، دانشگاه مونیخ و انجمن تحقیقات کاتالونیا همکاری داشته. مقاله اصلی توی ژورنال معروف Light: Science & Applications چاپ شده.
در کل، اگه دنبال ترکیب هیجان فیزیک، تکنولوژی و امنیت اطلاعات هستی، این داستان نور فشرده فوق‌سریع هم برات جالبه و هم الهام‌بخش!
منبع: +
