AZ 
Fiziklər Honq-Ou-Mandel interferensiyasını 10-dan çox atomla nümayiş etdirirlər
Tejasri Gururaj tərəfindən , Phys.org
Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib
Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin
Ultra yüksək vakuum kamerasında (mərkəzdə) rubidium atomları mütləq sıfıra yaxın soyudulur və kvant-degenerasiya olunmuş Bose-Einstein kondensatını əmələ gətirir. Müəllif: Dominik Köster, DLR.
Təbiət Fizikasında dərc olunan yeni bir araşdırmada tədqiqatçılar, əsasən foton sistemlərində müşahidə edilən 12-yə qədər fərqləndirilməyən neytral atomla Hong-Ou-Mandel (HOM) effektini nümayiş etdiriblər.
Honq-Ou-Mandel effekti hissəciklərin fərqləndirilməzliyinə əsaslanan kvant fenomenidir. İki eyni bozon 50:50 şüa bölücüsündə qarşılaşdıqda, həmişə eyni çıxış portundan birlikdə çıxırlar. Başqa sözlə, onlar “bir yerə toplaşırlar”. Şüa bölücüsünün sadəcə hissəcikləri təsadüfi şəkildə paylaması statistik olaraq gözlənilən nəticə olsa da, hər çıxışda tək bir hissəcik heç vaxt tapılmır.
İlk dəfə 1987-ci ildə foton cütləri ilə müşahidə edilən HOM effekti o vaxtdan bəri kvant məlumatı və kvant metrologiyası üçün mərkəzi hala gəlmişdir. İki hissəcik üçün fizika yaxşı qurulmuşdur. Lakin onu bir çox hissəciklərə tətbiq etmək fərqli bir problemdir.
Şüa bölücüsünə hər tərəfdən bərabər sayda N ədəd fərqləndirilə bilməyən hissəcik daxil olduqda, çıxış xarakterik bir nümunə alır. Hər portda yalnız cüt sayda hissəcik görünür. Və hissəcik sayı artdıqca, ən çox ehtimal olunan nəticə ən ekstremal nəticəyə çevrilir – bütün hissəciklər tək bir çıxışda birləşir.
Bu nümunəni yaratmaq üçün hər bir hissəciyin eyni anda digər hər bir hissəciyə müdaxilə etməsi tələb olunur ki, bu da iki hissəcikdən ibarət vəziyyətin sadə bir uzantısı deyil, həqiqətən kollektiv təsirdir. Buna bir ovucdan çox hissəciklə təmiz və birmənalı şəkildə nail olmaq çətin olub.
Phys.org, tədqiqatın ilk müəllifi, Hannoverdəki Alman Aerokosmik Mərkəzindən (DLR) Martin Quensen ilə danışdı.
Tədqiqatdan danışarkən o dedi: “Orijinal N-hissəcik müdaxiləsi təbiətin icazə verdiyi ən aşağı qeyri-müəyyənlik olan Heisenberg limiti ilə dəqiq ölçmələrə yol açır. Biz bu limitin HOM müdaxiləsindən istifadə edərək Bose-Einstein kondensat platformamızda əldə edilə biləcəyini nümayiş etdirdik.”
Fotonik başlanğıc
Fotonlar uzun müddətdir ki, HOM effektini öyrənmək üçün üstünlük verilən vasitə olub, əsasən tək fotonlu detektorların yetkin olması və geniş yayılması səbəbindən. Buna görə də, fərdi fotonların nə vaxt və harada gəldiyini qeyd etmək asandır. Dolaşıq foton cütləri yaradan spontan parametrik aşağı çevrilmə prosesindən istifadə edərək tədqiqatçılar HOM effektini dörd, altı və səkkiz fotonla araşdırıblar.
Lakin fotonlar təmiz miqyaslanmır. İtki, qismən fərqlənmə və istənməyən çoxfotonlu səs-küy foton sayı artdıqca daha aqressiv şəkildə yayılır və müşahidə olunanları eksperimental qüsurdan daha çox həqiqi çoxhissəcik müdaxiləsi ilə əlaqələndirməyi çətinləşdirir.
Lakin tədqiqatçılar bu təsiri digər sistemlərdə, o cümlədən tələyə düşmüş ionlarda, Rydberg atomlarında və hətta fotonlarla atom maqnonları arasında (bunlar kvazipartiküllər kimi davranan maqnit materialında elektron spinlərinin kollektiv həyəcanlanmalarıdır) araşdırıblar. Optik cımbız və qəfəslərdə saxlanılan atomlar da HOM-a bənzər dəstələnmə nümayiş etdiriblər.
Burada qeyd edilməli bir fərq var. Yuxarıda qeyd olunan qurğular tədqiqatçıların çoxmodlu adlandırdıqları qurğulardır. Hər bir hissəciyin yalnız iki deyil, bir çox mümkün yolu var və əsasən ən yaxın qonşusu ilə qarşılıqlı təsir göstərir. Nəticə çoxhissəcik dəstəsinə bənzəyə bilər, lakin bütün hissəciklərin bir-birinə eyni anda müdaxilə etməsindən daha çox, bir çox hissəcik cütlüyündə yerli və paralel olaraq baş verən HOM-a bənzər müdaxiləni daha yaxından əks etdirir.
Bunun əksinə olaraq, orijinal HOM təcrübəsi iki rejimli idi. Hər iki fotonun ortaq bir seçimi var idi – iki çıxış portundan biri. İki rejimli quruluşun eyni iki çıxış arasında seçim edən N hissəciklərə birbaşa genişləndirilməsi heç bir platformada nümayiş etdirilməmişdi.
Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .
Təcrübənin qurulması
Təcrübələri üçün giriş vəziyyətini yaratmaq üçün tədqiqatçılar optik dipol tələsində saxlanılan təxminən 250 rubidium atomundan ibarət Bose-Einstein kondensatından başladılar.
Kondensatın içərisində spin dəyişdirən toqquşmalar adlanan bir proses iki fərqli spin vəziyyətində atom cütləri yaradır. Bu, təcrübə üçün lazım olan giriş vəziyyətini yaratdı: təsadüfi olsa da dəyişən iki spin vəziyyətinin hər birində bərabər sayda atom, əkiz-Fok vəziyyəti kimi tanınır.
Daha sonra mikrodalğalı impulslar ardıcıllığı şüa bölücü rolunu oynayaraq, iki spin vəziyyətini 50:50 ehtimalı ilə əlaqələndirdi. Texniki maneə çıxışdakı atomları HOM effektinin həqiqətən baş verib-vermədiyini müəyyən etmək üçün kifayət qədər dəqiq saymaq idi.
Quensen dedi: “Platformamız üçün tipik aşkarlama səs-küyü tək bir atomdan gələn siqnaldan daha böyükdür. Hətta iki fərqləndirilə bilməyən atomu uğurla hazırladığınızı və onların 50:50 şüa bölücüyə bənzər müdaxiləsini mükəmməl şəkildə hazırladığınızı dəqiq bilsəniz belə, bu cür aşkarlama səs-küyü, çıxış vəziyyətində bir-birinə birləşib-birləşmədiklərini ölçməyə imkan verməz.”Eksperimental qurğunun izahı. Müəllif: Martin Quensen və Dominik Köster, DLR.
Bunu həll etmək üçün komanda atomları optik bəkməz adlanan müəyyən bir həndəsi konfiqurasiyada düzülmüş lazer işığı ilə işıqlandırdı – intensivlik, polyarizasiya və tezlik baxımından diqqətlə balanslaşdırılmış bütün istiqamətlərdən atomlara yönəlmiş altı lazer şüası.
Quensen izah etdi ki, “Bir atom bir istiqamətə doğru itələndikdə, sürətini azaldan bir söndürmə qüvvəsi ilə qarşılaşır. Məsələn, topu suya itələməyə çalışdığınız zaman. Atomlar flüoresans işığı yayarkən ilkin vəziyyətlərinin yaxınlığında daha uzun müddət qalırlar. Hər atomdan daha böyük bir siqnal alırıq və siqnal-səs-küy nisbətini bir atomdan çox aşağıya endirə bilərik.”
Bu, sayma qətnaməsini 0,2 atoma endirdi ki, bu da təcrübənin hər bir mərhələsi üçün hər spin vəziyyətinə dəqiq tam sayda atom təyin etmək üçün kifayətdir.
İtki ikinci dərəcəli narahatlıq idi. Optik dipol tələsində saxlanılan atomlar orada on saniyə qala bilər ki, bu da giriş vəziyyətini hazırlamaq üçün lazım olan təxminən 100 millisaniyədən və müdaxilənin özünün çəkdiyi bir neçə yüz mikrosaniyədən daha uzundur.
“Aşkarlama prosesimizdə bir atomun sayılmaması ehtimalı yoxdur. Əgər o, fiziki olaraq mövcuddursa, şübhəsiz ki, flüoresans işığı yayacaq”, – deyə Quensen bildirib.TMSV vəziyyətində atomların dəqiq sayılması. Müəllif: Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03302-7
Çoxhissəcikli HOM-un üç imzası
Komanda, 2-dən 12-yə qədər atom ədədləri üçün çıxış paylanmalarını qeydə aldı. Birlikdə götürülmüş üç imza, orijinal çoxhissəcikli HOM müdaxiləsinin baş verdiyini təsdiqlədi.
Birincisi, paritet idi. Paritetin ölçülməsi sadəcə aşkar edilən atomların ümumi sayının cüt və ya tək olub olmadığını yoxlamaq deməkdir. Tək nəticələr hər yerdə güclü şəkildə basdırıldı, paritet siqnalları 10 atom üçün 0,8-dən, 12 atom üçün isə 0,6-dan çox oldu. Lakin paritet təkcə bütün N hissəciklərinin bir-birinə qarışdığını sübut etmək üçün kifayət deyil.
“Bu nəticəni izah etmək üçün yalnız iki hissəcik interferensiyasına ehtiyacınız var”, – deyə Quensen bildirib. “Axı, bu, artıq iki hissəcikli HOM effektində baş verir.”
İkinci imza çıxış paylanmasının özünün forması olan dəstə zərfi idi. Atomların iki çıxış arasında bərabər şəkildə bölünməsi əvəzinə, ən çox ehtimal olunan nəticələr ən ekstremal nəticələr idi, yəni atomların əksəriyyəti və ya hamısı tək bir çıxış portuna yığılmışdı.
“Bütün hissəciklər müdaxilə etməsəydi, bunu gözləməzdiniz”, – deyə Quensen bildirib.
Üçüncü və ən birbaşa sınaq dolaşıqlıq idi. Tədqiqatçılar dolaşıqlıq dərinliyi adlanan bir kəmiyyət hesabladılar. Bu, sistemin ən böyük alt qrupundakı qalan hissəciklərdən müstəqil şəkildə təsvir edilə bilməyən hissəciklərin sayıdır. Komanda 8 atoma qədər tam, orijinal çoxhissəcikli dolaşıqlığı təsdiqlədi. Tam 12 atomlu hal üçün onlar ən azı 10 hissəcikli dolaşıqlığı 68% etibarlılıqla təsdiqlədilər.
“Biz soruşduq: N-hissəcik vəziyyəti üçün məlumatlarımız ayrıca təsvir edilə bilən altsistemlərdən ibarət olan sistemlə uyğun gəlirmi?” Quensen dedi. “Əksər atom nömrələri N üçün məlumatlarımız buna imkan vermir.”
Üç ölçmə birlikdə daha kiçik, müstəqil müdaxilə edən hissəciklər qrupları ilə bağlı hər hansı bir izahı istisna etdi və yeganə ardıcıl izahat olaraq əsl N-hissəcik müdaxiləsini qoydu.
Tədqiqatçılar həmçinin Fişer məlumatı adlanan kəmiyyətdən istifadə edərək, onların vəziyyətlərinin prinsipcə ölçmə üçün nə dərəcədə dəqiq istifadə edilə biləcəyini də müəyyən etdilər. Dolaşıq olmayan hissəciklər üçün ölçmə dəqiqliyi yalnız hissəcik sayının kvadrat kökü kimi artır – bu, sadəcə tək hissəcik ölçməsini dəfələrlə təkrarlamağa bərabərdir.
Komanda, dolaşıq vəziyyətlərinin Heisenberg həddinə yaxınlaşdığını, burada dəqiqliyin hissəcik sayı ilə birbaşa ölçüldüyünü və 12 atom üçün klassik sərhəddən 6,4 desibel yuxarıda Fişer məlumatı müşahidə etdiyini aşkar etdi.
Quensen əlavə etdi ki, “N = 10.000 tipik Bose-Einstein kondensat ölçüləri üçün dəqiqlik üstünlüyü 100 faktora qədər ola bilər”.
Gələcək işlər
Tədqiqat göstərir ki, BEC-lər tək atom dəqiqliyi ilə həqiqətən dolaşıq, çox hissəcikli kvant vəziyyətlərini yarada və aşkarlaya bilir. Bu qabiliyyət kvantla təkmilləşdirilmiş metrologiya ilə birbaşa əlaqəlidir, burada dolaşıqlıq ölçmə dəqiqliyinin dolaşıq olmayan hissəciklərin əldə edə biləcəyindən daha çox olmasına imkan verən mənbədir.
Tədqiqatçılar daha da miqyaslandırmaq üçün imkan görürlər. Prinsipcə, onların aşkarlama qurğuları 1000-ə qədər atomu müəyyən etmək üçün genişləndirilə bilər. Onlar atom sıxlığını və bununla əlaqəli istənməyən toqquşmaları azaltmaqla vəziyyət generasiyasının uyğunlaşdırıla biləcəyini gözləyirlər.
“Məkan ayrılığını həyata keçirməklə bu cür hallar çoxhissəcikli Bell testlərinə yol açır”, – deyə Quensen tarixən fotonik platformalarla əlaqəli başqa bir təcrübə sinfinə işarə edərək bildirib.
Müəllifimiz Tejasri Gururaj tərəfindən sizin üçün yazılıb, Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib və Robert Egan tərəfindən faktlar yoxlanılıb və nəzərdən keçirilib — bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .
Nəşr detalları
Quensen və digərləri, Ondan çox fərqləndirilməyən atomun Hong–Ou–Mandel müdaxiləsi, Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03302-7 .
Jurnal məlumatları: Təbiət Fizikası
Əsas anlayışlar
Soyuq atomlar və maddə dalğalarıKvant korrelyasiyaları, təməlləri və formalizmKvazipartiküllər və kollektiv həyəcanlarKvant mayeləri və bərk maddələrAtom interferometriyasıSoyutma və tələ qurmaİnterferometriyaBu hekayənin arxasında kim dayanır?
Tejasri Gururaj
Fizika üzrə magistr dərəcəsi olan sərbəst elm yazıçısı. Tədqiqat yönümlü yazılar vasitəsilə müxtəlif elmi fənləri araşdırır. Tam profil →
Sadie Harley
Həyat Elmləri və Ekologiya üzrə bakalavr. Neft, qaz və bərpa olunan enerji sənayesində əczaçılıq xəbərləri sahəsində təcrübəsi olan mikrobiologiya laboratoriyası təcrübəsi. Tam profil →
Robert Egan
Riyazi biologiya üzrə bakalavr, yaradıcı yazı üzrə magistr dərəcəsi. Elm və dilə dair unikal perspektivləri olan çox səyahət etmişəm. Tam profil →
© 2026 Science X Network
