I et landemerke fra 1935 publiserte Albert Einstein, Boris Podolsky og Nathan Rosen det som ble verdens første glimt av en av de virkelig merkelige aspektene ved kvanteverdenen: det fysikere nå kaller kvante sammenfiltring, et fenomen som så ut til å antyde at det manglet deler i vårt bredere bilde av virkeligheten.
Hovedproblemet handlet om observasjonen at kvantetilstanden til en hvilken som helst partikkel i en gruppe som deler interaksjoner med hverandre, ikke kunne beskrives uavhengig av tilstanden til de andre. Kanskje mest nysgjerrig av alt, den mystiske sammenfiltrede naturen til disse interaksjonene så til og med ut til å vedvare når partikler ble separert over store avstander, et fenomen som Einstein kjente kalte “skummel handling på avstand.”
“Man blir dermed ført til å konkludere,” fysikerne skrev den gang“at beskrivelsen av virkeligheten gitt av en bølgefunksjon ikke er fullstendig.”
Entanglement representerer en av hovedkomponentene i kvantemekanikk som er fraværende i klassisk mekanikk. Selv om det forblir mystisk, har studier som involverer det av og til ført til unik innsikt i kvanteverdenens natur.
Slik var tilfellet nylig for et team av forskere ved Purdue University, som sier de har lyktes i å generere en ny lyskilde produsert av sammenfiltrede bilder, som kan hjelpe til med måling av ultraraske hendelser. Metoden utviklet av forskerne var avhengig av generering av sammenfiltrede fotoner ved bølgelengder uten naturlig kilde, som faller innenfor de ekstreme ultrafiolette delene av spekteret.
I papiret deres, nylig publisert i Fysisk vurderingsforskning, teamet foreslo generering av par av kvantesammenfiltrede fotoner i det ekstreme ultrafiolette regimet ved målinger på et attoseund – det vil si 1×10−18 av et sekund.
I følge studiens medforfatter Dr. Niranjan Shivaram, en assisterende professor i fysikk og astronomi ved Purdue’s Quantum Science and Engineering Institute, sa at de sammenfiltrede fotonene teamet studerte “garantert kommer til et gitt sted innen en veldig kort varighet av attosekunder , så lenge de reiser samme avstand.»
I følge Shivaram lar ankomsttidskorrelasjonene observert med den nye produksjonen av disse lyspartiklene dem hjelpe til med måling av ultraraske hendelser.
“En viktig applikasjon er i attosecond metrologi,” Shivaram sa i en uttalelsesom lar forskere “presse grensene for måling av fenomener på korteste tidsskala.”
“Denne kilden til sammenfiltrede fotoner kan også brukes i kvanteavbildning og spektroskopi,” legger Shivaram til, “hvor sammenfiltrede fotoner har vist seg å forbedre evnen til å få informasjon, men nå ved XUV og til og med røntgenbølgelengder.”
Studiens forfattere bemerker at forståelse av elektroner og deres rolle i atferden til atomer er grunnleggende når det gjelder å forstå tidspunktet for slike hendelser. Elektroner beveger seg på tidsskalaer som oppstår ved attosekundet, som med fotonene i studien deres, og på femtosekundet (en kvadrilliondel av et sekund). For å forstå elektroner, kreves det at fysikere kan måle bevegelsen deres på så bemerkelsesverdig korte tidsskalaer.
Til syvende og sist har forskningen Shivarams team på Purdue har foretatt et bredt spekter av bruksområder, inkludert utvikling av måter å kontrollere elektroner for å konstruere kjemiske reaksjoner, sammen med produksjon av unike nye materialer og til og med innovative nye nanoteknologier.
“Mulighetene for oppdagelse er mange,” sa Shivaram, som la til at slik forskning til og med kan spille en rolle i studiet av zeptosekund-fenomener – hendelser på tidsskalaer bare en tusendel av et attoseund – som for øyeblikket er umulig å utforske fordi det ikke eksisterer lasere. som er i stand til å skape pulser med så ufattelig liten varighet.
“Vår unike tilnærming med å bruke sammenfiltrede fotoner i stedet for fotoner i laserpulser kan tillate oss å nå zeptosekund-regimet,” sier Shivaram, og bemerker at det vil kreve utvikling som, kanskje i løpet av det neste halve tiåret, kan tillate slike målinger å endelig. bli en realitet.
Lagets artikkel, “Attosecond entangled photons from two-photon decay of metastabile atoms: A source for attosecond experiments and beyond,” av Yimeng Wang, Siddhant Pandey, Chris H. Greene og Niranjan Shivaram, ble publisert i Physical Review Research og kan leses på nett.
Micah Hanks er sjefredaktør og medgründer av The Debrief. Følg arbeidet hans kl micahhanks.com og på Twitter: @MicahHanks.