في دراسة جديدة، والعلماء درس أولا سلوك الذرات الفردية والفوتونات من خلال عدسة عين السمكة من وجهة نظر ميكانيكا الكم. ووجد الباحثون أن هيكل فريد من عدسة عين السمكة بحيث يمكن توجيه فوتون واحد من خلال العدسة، وجان الذري متشابكا مع بعضها البعض.

1. مسار لا نهاية لها

منذ حوالي 150 عاما، الفيزيائي ماكسويل (جيمس ماكسويل) يقدم عدسة دائرية، سمكا وسطها، مستدق عند الحواف. يعتقد ماكسويل أن هذه العدسة يجب أن تظهر جاذبية السلوك البصري: عندما يمر الضوء من خلال العدسة من هذا القبيل، والسفر في جميع أنحاء دائرة الكمال، وخلق مسار بصري المنحني غير عادية.

وأشار أيضا إلى أن ماكسويل،، وهذا هو مماثل لعدسة عين السمكة على الأقل بالمعنى الواسع. ومنذ ذلك الحين، ويشار رؤيته لهذا الهيكل العدسة لفي الفيزياء عدسة عين السمكة ماكسويل . هذه هي نظرية للهيكل، على غرار قليلا إلى الكاميرا والمنظار المستخدمة في عدسة عين السمكة التجارية.

كان ماكسويل أول من أدرك، نتيجة للتغيرات في كثافة العدسة، يمكن السفر خفيفة على طول دائرة الكمال في العدسة. | المصدر: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

ونحن نعلم ذلك، وأكبر كثافة المواد، وأبطأ سرعة therethrough خفيفة. ولعل هذا يفسر نصف كوب كامل من الماء، فإن القش تكون ظاهرة بصرية عازمة: كما الكثير من كثافة من الهواء فوق الماء، عندما يكون هناك ضوء من الهواء إلى الماء، وسوف تبطئ سرعة عازمة فجأة في واجهة الهواء والماء ، لذلك تبدو الصورة كاملة كما لو يتم تقسيم القش.

في النموذج النظري لعدسة عين السمكة، والفرق هو تغير تدريجي في كثافة، وموزعة على نمط دائري هذا الهيكل أن الضوء بدلا من كسر عازمة ببطء، دليل الضوء على السفر في دائرة كاملة حول العدسة.

2009، الفيزياء أولف ليونهارت دراسة الخصائص البصرية للعدسة عين السمكة ماكسويل، وقال انه لاحظ أنه عندما الفوتونات صدر من نقطة المصدر من خلال عدسة، وعلى ضوء سيكون في الرحلات عدسة على طول دائرة الكمال، والعكس ينتهي إلى نقطة، وفقدان بصري من العملية برمتها هي صغيرة جدا.

وقال الكاتب الأول من الورقة يانوس Perczel: "ليس هناك ضوء لتبتعد عن اتجاه كل الضوء لا يحتاج إلى اتباع مسار الكمال، بينما في نفس يجتمع نقطة .."

ماكسويل عدسة عين السمكة مستعرضة تخطيطيا. لون أعمق جزء المقابلة لالانكسار مؤشر أكبر FIG. أي نقطة على سطح كروي الضوء ستقترب إلى نقطة أخرى على النقيض من ذلك، فمن الممكن أن أشعة الضوء السفر على طول دائرة الكمال. | المصدر: ويكيبيديا

عندما ذكرت يونهارت نتائجه، ويشار لفترة وجيزة إلى نقطة التركيز عدسة عين السمكة واحدة قد تكون مفيدة في وجه التحديد طرفي نقيض من عدسة متشابكا الذرات. (تشابك ظاهرة الكم. عندما يتم متشابكا اثنين من الجزيئات مع بعضها البعض، بغض النظر عن مدى، حافظت دائما الى ان تكون العلاقة بينهما.)

وقال Perczel: "ميخائيل لوكين (مؤلف مشارك) سئل عما اذا يونهارت وجدت الإجابة على هذا السؤال، وقال ليونهارت، وليس كيف بدأنا هذا المشروع والبدء في استكشاف مدى عمق متشابكا في تأثير عدسة عين السمكة تعمل في .."

2. الفوتون تنس الطاولة

من أجل التحقيق في عدسة عين السمكة الكم المحتملة، التناظرية الباحثون عدسة أبسط الأنظمة: واحد الفوتون ونظام ذرتين. ذرتين في نهاية كل من ثنائي الأبعاد عدسة عين السمكة، الذرة الأولى في الحالة المثارة ، الذرات الأخرى دولة أرض الواقع في البداية، الذرة الأولى تنبعث الفوتون، والامتصاص الذري الثاني من الفوتونات في حالة متبدل الاستقرار، بعد الذرة الثانية تنبعث الفوتون، وهكذا دواليك.

عملية الفوتون بين زوج من الذرات هي تخطيطيا الصرف. الذرات في الحالة المثارة (يسار) لتنبعث الفوتونات، الذرات في الحالة الأرضية والدولة متبدل الاستقرار تمتص الفوتونات. | المصدر :. J Perczel وآخرون.

أنشأت ميكانيكا الكم المعادلات، والمشي من خلال عدسة عندما الفوتون، وفريق مسار الفوتون في أي وقت من العقدة، ولحساب الدول الكم وذرتين مستوى التغيرات مع مرور الوقت.

ووجد الباحثون أنه عندما تمر الفوتونات من خلال العدسة، وسيتم استيعاب عدسة بواسطة ذرات إنهاء مؤقتا. ثم الفوتونات تمر عبر العدسة على طول مسار دائري، والوصول إلى مجرد نهاية المقابلة للعدسة، أي يقع في موضع ذرة الثانية. امتصاص ثاني مؤقت الذري الفوتون، ثم تنبعث الفوتونات التي مرت من خلال عدسة للعودة مرة أخرى تتلاقى على وجه التحديد في وضع يمكنها من حيث الذرة الأولى.

عدسة الأبعاد ماكسويل فيش (الخط الأسود دائري)، دائرة نصف قطرها R0، معامل الانكسار ن يختلف مع دائرة نصف قطرها (ص) والحانات اللون كما هو مبين في التين جزءا لا يتجزأ. توضع ذرتين طرفي نقيض من العدسة، فإن العدسة من أي نقطة (نقطة خضراء) في ضوء المنبعث إعادة تتلاقى في نقطة بها العكس (زرقاء نقطة نجوم). ويشير الخط الأحمر المنقط مسار بصري العدسات دائرة نصف قطرها فيش لانهائية. | المصدر :. J Perczel وآخرون.

وقال Percze: "إن الفوتونات ترتد ذهابا وإيابا، مثل لعب تنس الطاولة الذري الفوتون الأولي لديها سوى ذرة واحدة، ثم آخر، ولكن في نقطة بين هذين النقيضين، ذرتين في الطريق. لديه الفوتون. هذا هو مفهوم تشابك ميكانيكا الكم، ذرتين تتقاسم الفوتون على قدم المساواة التامة ".

وقال Percze، وكان ذرة الفوتون التورط قادرة، بسبب الهندسة الفريدة لعدسة عين السمكة . عدسة يوجه الشخصي كثافة ضوء نمط دائري تماما حول السفر، ويمكن أن يؤدي في مسار دائري حول الفوتونات الفردية ترتد ذهابا وإيابا بين نقطتين دقيقة.

واضاف "اذا تطير الفوتونات الوحيدة في اتجاهات مختلفة، لن يكون هناك تشابك ولكن عدسة عين السمكة للسيطرة على ضوء تماما، لذلك متشابكا مع النظام البعيد، وهو نظام الكم قيمة يمكن استخدامها."

عندما نموذج في زيادة حجم عدسة عين السمكة ، تبقى الذري متشابكا، حتى في عشرات ميكرون بحيث تكون المسافة طويلة نسبيا. كما لاحظوا أيضا أنه على الرغم من بعض الضوء تهرب عدسة، ولكن بما يكفي لتكون قادرة على تبادل الطاقة الذرية للحفاظ على الفوتونات المتشابكة. وأخيرا، عندما لمزيد من ذرات وضعت على طرفي نقيض من العدسة ، والفوتونات مع therebetween الاتصال، في حين تصبح هذه الذرات المتشابكة.

وقال Perczel: "لقد وجدنا عدسة عين السمكة من أي طبيعة الأجهزة ثنائية الأبعاد الأخرى غير متوفرة، ليس فقط بالنسبة للذرات اثنين، ولكن أيضا لأكثر البعيدة هي قادرة على الحفاظ على هذا في مسافات طويلة من ذرات، عدسة عين السمكة متشابكا القدرة. عدسة عين السمكة يمكن استخدامها لجعل أزواج ذرية الوقت نفسه متشابكا، مما يجعل عدسة عين السمكة هو مفيد واعدة ".

3. سر عدسة عين السمكة

كما وجد الفريق أن، على العكس من ذلك، عدسة عين السمكة لا يولد صورة مثالية مع بعض التأكيدات الأخيرة. وكان العلماء يعتقدون أن عدسة عين السمكة ماكسويل قد يكون المرشحين "عدسة مثالية"، مثل عدسة مثالية يمكن تجاوز الحد حيود أشعة الضوء إلى نقطة موجات تماما أقصر من تلقاء نفسها. وتوقع العلماء أيضا أن هذه العدسة مثالية وجود قرار لانهائية وقادرة على توليد صور واضحة للغاية في الطبيعة.

ومع ذلك، عن طريق تمرير من خلال عدسة عين السمكة المناسب السلوك محاكاة الفوتونات على مستوى الكم ووجد الباحثون أنه عندما العدسة المقربة الخفيفة في الطرف الآخر، ومنطقة التقاء أكبر من حجم الطول الموجي للضوء، مما يعني عدسة قد لا ينتج صورة مثالية .

وقال Perczel: "في سياق تبادل الفوتونات، يمكننا أن نطرح هذا السؤال: التقارب الضوئية على نطاق إقليمي لكيفية وجدنا هذا الفوتونات الطول الموجي الحجم المماثل، وليس أقل من الطول الموجي للمثالية وسائل التصوير، وعلى ضوء جمع ؟. إلى حد متناه في الصغر، ولكن هذا ليس الكم حسابات ميكانيكية تظهر لنا النتيجة ".

وأضاف Perczel: "هذا يدل على أن، حقا من الصعب جدا اختراق هذه القيود موجودة في الفيزياء . حتى في مثل هذه الأنظمة مرشح على ما يبدو الكمال، وهذا الحد لا يزال يبدو الواجب اتباعها. ربما بطرق أخرى، أكثر تعقيدا، مع عدسة عين السمكة للتصوير المثالي لا يزال من الممكن، ولكن لم يقترح أصلا ذلك. "

المستقبل، ويأمل الفريق في التعاون مع فيزياء تجريبية، جنبا إلى جنب مع السلوك الكم اختبار لوحظت خلال المحاكاة. في الواقع، ويعرض لفترة وجيزة الفريق في ورقتهم طريقة لتصميم عين السمكة عدسة التجارب الكم التشابك.

وقال Perczel: "عين السمكة لا تزال لديها الكثير من الأسرار، ويحتوي على المادية عميقة، ولكن الآن، يبدو في تكنولوجيا الكم، وتبين أن العدسة قد يكون حقا مفيدة جدا لتشابك و qubit البعيد، وهو بناء أي. مفيد كمبيوتر الكم أعضاء القاعدة أو جهاز الكم معالجة المعلومات. "

الروابط المرجعي:

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.98.033803