مرشح كمومي: كيف يخترق التشابك الوسط المعتم ✛
عند مرور الضوء عبر نسيج بيولوجي أو زجاج مصنفر، يتبعثر ويفقد الصورة. أظهر باحثون من معهد علوم النانو في باريس أنه يمكن ضبط الوسط الناثر بحيث يسمح بمرور الصور المشفرة في ارتباطات الفوتونات المتشابكة، بينما يبقى معتمًا للضوء التقليدي. ولتحقيق ذلك، استخدموا مُعدِّل ضوء مكاني يختار قناعًا طوريًا يحافظ على الارتباطات الكمومية. ونتيجة لذلك، يتحول الوسط إلى مرشح كمومي-تقليدي: تبقى القناة الكمومية مفتوحة بينما تُحجب القناة التقليدية. وهذا يفتح الطريق أمام نقل معلومات محمي وطرق جديدة للتصوير في الأوساط المعقدة.
التجربة مبنية على التشتت البارامتري التلقائي: ليزر فوق بنفسجي بطول موجة 405 نانومتر يضيء بلورة غير خطية من بورات الباريوم بيتا، والتي تولد أزواجًا من الفوتونات المتشابكة بطول موجة 810 نانومتر. يُشفَّر الجسم في الارتباطات المكانية لهذه الأزواج: تُستعاد الصورة من توافقات الفوتونات المسجلة بواسطة كاميرا بدقة زمنية نانوثانية. يتكون الوسط المعقد من مُعدِّل ضوء مكاني وطبقة من البارافيلم. ولإيجاد القناع الطوري المناسب، قام الباحثون بتحسين الصورة الارتباطية عدديًا باستخدام مصفوفة التشتت المقاسة وحالة مرشدة متشابكة. في الوضع التقليدي، أُضيء الجسم نفسه بواسطة صمام ثنائي فائق التوهج، وسُجلت الصورة بكاميرا عادية.
بعد التحسين، أصبح الوسط شفافًا للصورة الارتباطية للفوتونات المتشابكة، لكن الصورة التقليدية بقيت مشوشة تمامًا. في المحاكاة العددية مع 50 حلًا غير تقليدي مختلفًا، بلغ متوسط دقة النقل للحالة المتشابكة 0.92، بينما بلغ للضوء التقليدي 0.25 فقط. النتيجة الأساسية: الصورة المشفرة في ارتباطات حالة ثنائية الفوتون قابلة للفصل (غير متشابكة) لم تُنقل أيضًا. وهذا يثبت أن الترشيح حساس للتشابك تحديدًا، وليس فقط لوجود الارتباطات. التجارب مع أوساط مختلفة، قناع طوري عشوائي، طبقة من بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان بسمك 1 سم، ووسط سميك مُحاكى عدديًا، أكدت عمومية الطريقة.
يقدم العمل تحولًا مفاهيميًا: يمكن ليس فقط تعويض الوسط المعقد، بل استخدامه كمكوِّن نشط قابل للبرمجة في التقنيات الكمومية. على عكس الأعمال المجاورة التي تدرس إما انتشار الفوتونات المتشابكة في الأوساط الناثرة أو تستخدم التشابك الكمومي لتحسين التصوير التقليدي، هنا يصبح الوسط نفسه مرشحًا كموميًا-تقليديًا. هذا هو أول عرض تجريبي لنقل انتقائي للصور يعتمد على الفرق الفيزيائي بين الحالات المتشابكة والتقليدية، وليس على المعالجة الحسابية. يمكن توسيع الطريقة لتشمل الأوساط الديناميكية، مثل الأنسجة البيولوجية، إذا تم تسريع التحسين وتسجيل الارتباطات. نظريًا، تبيّن أنه بالنسبة للحالات المتشابكة العشوائية والأوساط المعقدة مهما كانت، توجد دائمًا حلول غير تقليدية قابلة للتحقيق عبر تشكيل جبهة الموجة متعدد المستويات. وهذا يفتح الطريق أمام التصوير الكمومي في الظروف الحقيقية حيث يتغير الوسط مع الزمن.
للحصول على صورة ارتباطية واحدة، كان يلزم تراكم يصل إلى 30 ثانية، بينما كانت الصورة التقليدية تُسجل في غضون عشرات المللي ثانية. ومع ذلك، مرت الفوتونات المتشابكة عبر طبقة من البارافيلم، وهو غشاء عادي يُستخدم لإغلاق الأواني المختبرية.