کوی دانش - kooy

کاهش سرعت نور درخلأ هنگام پیچش

کاهش سرعت نور درخلأ هنگام پیچش
09 فروردین
09:14 1395
سرعت نور در خلأ بعنوان یک ثابت جهانی در نظر گرفته می شود ولی بر طبق نظر دانشمندان دانشگاه اوتاوا این «ثابت» حقیقتاً یک «ثابت» نیست. یک تیم از محققان به سرپرستی استادیار ابراهیم کریمی کشف کردند که سرعت نورهایی که در خلأ منتشر شده و در یک مسیر پیچشی جابجا می شوند، کمتر از سرعتی است که در نظریه نسبیت انیشتین مطرح شده می باشد. این کشف مهم در محاسبات کوانتومی و ارتباطات کاربرد دارد. برای بررسی این موضوع با کوی دانش همراه شوید...

یکی از چالشهای همیشگیِ ارتباطاتِ از راه دور این بود که چگونه می توان در یک خط مخابره ای (خط انتقال) حجم بیشتری از اطلاعات را ارسال کرد. تصور کنید که هر «واحد انتقال اطلاعات» در اینترنت بجای انتقال یک بایت از اطلاعات بتواند یک فایل را جابجا کند. قطعاً زندگی شیرین تر می شد!! زمان زیادی از اختراع تلگراف نگذشته بود که کار بر روی ارسال حجم بیشتری از اطلاعات در یک واحد زمانی آغاز گشت. در طی این سالیان متمادی این روند پیشرفت خوبی هم داشته و استفاده از کابلهای کواکسیال، مجراهای ماکروویو، فیبر نوری و پرتوهای لیزر هرکدام نقشی در انتقال بیشتر محتوا در «واحد جابجایی» را برعهده داشته اند.
موضوع «نورِ خم شده» اساسِ شتاب زاویه مداریِ نور یا OAM است که اجازه می دهد یک پرتو از «یک رنگ خاص» یا «طول موج» درون یک شکل «فنر مانند» خم شده و حرکت کند که همین موضوع باعث افزایش ظرفیت انتقال اطلاعات می شود. این موضوع کاملاً امکانپذیر است زیرا بجای افزایش شمارگانِ فوتونهای ساطع شده (برای افزایش ظرفیت انتقال محتوا) اطلاعات بوسیله سوئیچ کردن بین دو واحد قطبی نوری جابجا می شوند. تصور کنید بجای اینکه یک واحد از اطلاعات توسط یک فوتون از ابتدای مسیر به انتهای آن حرکت کند توسط قطعات نوری دست به دست شود. هر پیچش در این «مسیرِ فنر مانند» توانایی دریافت و تحویل بسته های بزرگترِ اطلاعاتی را دارد و تعداد این پیچشها بصورت نظری نامحدود است که در نهایت باعث می شود اطلاعات بیشتری توسط نور کمتری جابجا شوند. تنها چالش موجود بر سر این موضوع تفاوت این پیچشها و تاثیر آن بر روی اطلاعات است. بصورتی که هر مرحله از مسیر، این پیچش، تاثیر متفاوت خود را بر روی دیتا می گذارد گویی که اطلاعات رمزگذاری می شوند! 


برخلاف رویه معمول در سیگنالهای لیزری که در آن از الگوهای on/off استفاده می شود، نورهای خمیده ظرفیت بسیار بالایی برای «ارتباطاتِ کوانتوم محور» و محاسبات دارند. دلیل آنهم نه صرفاً بخاطر قابلیت ذاتیشان در انتقال بیشتر دیتا بلکه برای انرژی مصرفی کمتر و امنیت رمزنگاری بالاتر می باشد. 
در این تحقیقات، محققان دانشگاه اوتاوا کشف کردند که نوری که در خلأ در فضایی پیچشی حرکت می کند دارای سرعت کمتری است. سرعت نور در خلأ معادل 299792458 متر بر ثانیه است اما سرعتِ نوری که در یک فضای پیچشی حرکت می کند یک دهم درصد کمتر است.
بر طبق اعلام تیم تحقیقاتی، آنها این تفاوت را هنگامی مشاهده کردند که نور لیزر را با نوری که در فضایی پیچشی (10 پیچ) حرکت می کرد، مقایسه نمودند. ابراهیم کریمی می گوید: «ما تشخیص دادیم که این دو پرتو نوری در زمانی متفاوت به انتهای مسیر رسیدند. نوری که در فضای پیچشی قرار داشت، آهسته تر حرکت می کرد. این موضوع کاملاً ما را شگفت زده کرد وقتی دیدیم که نور درون یک فضای پیچشی کمی کندتر حرکت می کند.»
این تاخیر البته بسیار کم بود. چیزی در حدود یک دهم فمتوثانیه. هر فمتو ثانیه معادل 10 بتوان 15- ثانیه است. بعبارت دیگر نسبت یک فمتوثانیه به ثانیه معادل نسبت ثانیه به 31.7 میلیون سال است. برای اندازه گیری این میزان تاخیر، تیم تحقیقاتی نیاز داشت تا از یک متد برای مطالعه پالسهای بسیار کوتاه لیزر استفاده کند. به این نوع لیزر، Frequency-Resolved Optical Gating ویا اختصاراً FROG می گویند.
راه معمولِ اندازه گیری یک رویداد نوری مثل پالس لیزر اینست که می بایست با یک پالس کمتر از خودش مقایسه شود، که در این مورد بدلیل نوع بسیار کوتاه لیزر کار بسیار مشکل بود. به هرحال، پالسهای لیزری که مورد مطالعه قرار گرفتند کمتر از هر نوعی بودند که پیش از این اندازه گیری شده بودند. محققان با استفاده از حجم بسیار بالایی از محاسبات ریاضی، با دو تکه کردن پالس لیزر و عبور دادن یک تکه از آن از بین یک رسانای نوری باعث شکل گرفتن یک auto-spectrogram شدند که به این تکه از پالس اجازه می دهد با سرعت تکه دوم مقایسه شود.
درنهایت تیم محققان توانستند تاخیری معادل 23 فمتوثانیه را ثبت کنند. بر طبق اعلام نظر ایشان، قابلیت کاهش سرعت نور بوسیله تغییر ساختار آن نشان می دهد که ممکن است امکان افزایش سرعت نور در حدود یک فمتوثانیه سریعتر از سرعت نور در خلأ وجود داشته باشد.
کریمی ادامه می دهد: «هر فردی که قصد دارد از نور پیچشی برای ارتباطات کوانتومی استفاده کند می بایست نسبت به تاثیرات آن آگاهی کامل داشته باشد. اگر ایشان این تاثیرات (رمزگذاریها) را نادیده بگیرند اطلاعات کد شده در این مسیر پیچشی، ممکن است بدرستی به مقصد نرسند.»
تحقیقات این تیم در Optica منتشر شده است.

کلمات کلیدی

اشتراک

درباره نویسنده

محمد نبی زاده

محمد نبی زاده

شما اولین نفری باشید که برای این خبر نظر میدهد
تصویر امنیتی



عبارت در تصویر را وارد کنید


مغز انسان برای حس کردن جهان پیرامونی از محاسبات بهره می گیرد

مغز انسان برای حس کردن جهان پیرامونی از محاسبات بهره می گیرد

شاید باور این موضوع برای افرادی که همیشه با ریاضیات مشکل داشتند سخت باشد که مغز انسان بدون اینکه خودِ فرد متوجه باشد بصورت دائمی مشغول انجام حجم گسترده ای از انواع محاسبات است و اتفاقاً اینکار را بسیار خوب هم انجام می دهد. شاهد این مدعا از دانشگاه پرینستون رسیده است. در یک مطالعه جدید محققان این دانشگاه نشان دادند که چگونه مغز ما انسانها، تمامی داده های بدست آمده از محیط اطراف را که توسط حواس مختلف جمع آوری شده است ترکیب می کند تا به یک ارزیابی نهایی از وضعیت برسد که به اخذ تصمیم ها و نوع رفتارهای ما منجر می شود. این موضوع به اینجا هم ختم نمی شود و اگر در طی این فرآیند داده های جدیدی وارد شوند، مغز انسان با انعطاف پذیری حیرت انگیزی آنها را در محاسبات خود وارد کرده و حتی نتیجه محاسبات را تغییر می دهد. برای بررسی بیشتر این موضوع با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
کاربرد گرافن به عنوان میکسر فرکانس

کاربرد گرافن به عنوان میکسر فرکانس

یک پروفسور، یک محقق فوق دکترا و یک دانشجوی ارشد بر روی ترامپولین (تشک پرش) پریدند! جمله فوق یک مزاح نیست بلکه آغازی برای توضیح تحقیقات جدید بر روی ماده شگفت انگیز گرافن است. گروهی به سرپرستی روبرتو د آلبا، دانشجوی ارشد فیزیک و Jeevak Parpia پروفسور و رئیس دپارتمان فیزیک، مقاله ای در Nature Nanotechnology راجع به کاربردهای دیگر برای این ماده روان، بسیار قوی و بسیار سبک منتشر کرده اند. در این تحقیق قابلیت استفاده از «تنش گرافن» بعنوان نوعی واسطه بین حالت های ارتعاشی که اجازه انتقال مستقیم انرژی از یک فرکانس به فرکانس دیگر را می دهد، نمایش داده شده است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
اولین شواهد از همنوع خواری نئاندرتال ها در شمال اروپا

اولین شواهد از همنوع خواری نئاندرتال ها در شمال اروپا

وجود آثار و بقایای نئاندرتال ها در مناطقی که در بالای عرض 50 درجه شمالی قرار داشته باشند بسیار کم است و تا کنون نیز فقط در دو نقطه این شواهد بدست آمده است. یکی در منطقه فلدهافر آلمان و دیگری در اسپای بلژیک. مطالعه جدیدی که توسط دکتر هلن راجیر با همکاری آسیر گومژ اولیوینسا از UPV/EHU انجام گرفت باعث کشف بیشترین تعدادِ بقایای کشف شده از نئاندرتال ها در مناطق شمالی اروپا شد. در این مجموعه 5 تایی، بقایای اسکلتی 4 نوجوان (بالغ) و یک کودک به چشم می خورد که در منطقه Troisième caverne در گویت بلژیک کشف شده اند.

مطالعه متن کامل
تعیین محدودیت های موجود برای ساخت شنل نامرئی

تعیین محدودیت های موجود برای ساخت شنل نامرئی

محققانی از دانشگاه تگزاس در آوستین توانستند محدودیتهای اساسی بر سر عملکرد «شنل نامرئی کننده» را تعیین کنند. این شنل یک فناوری است که اجازه نامرئی شدن ویا تشخیص داده نشدن را به جسمِ درونش در برابر امواج رادیویی، امواج مایکروویو، نور مادون قرمز و نور مرئی می دهد. نظریه محققان تاکید می کند که استفاده از شنل برای پنهان کردن شیء درونش در مقابل یک موج خاص قابل انجام است لیکن پنهان کردن آن در برابر یک محیط پرنور (چراغانی) با طول موجهای مختلف بسیار سخت تر می شود که در این حالت تغییر اندازه شیء باعث تغییر فاکتورها و مشکلات بیشتر هم خواهد شد. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
در هنگام انقراض دایناسورها، پستانداران نیز تقریباً محو شدند

در هنگام انقراض دایناسورها، پستانداران نیز تقریباً محو شدند

بیش از نود درصد از انواع گونه های پستانداران در دوره کرتاسه (66 میلیون سال پیش) توسط همان دلایلی که دایناسورها را ازبین برد، از بین رفتند. این میزان بسیار بیشتر از آن بود که پیش از این تصور می شد. مطالعه ای که توسط محققان مرکز میلنر در دانشگاه بَث انجام شد و در نشریه Evolutionary Biology نیز منتشر گردید، مطرح می کند که همه انواع شناخته شده پستانداران که در انتهای دوره کرتاسه در آمریکای شمالی می زیسته اند، از بین رفته اند. نتایج این مطالعه نشان می دهد که این میزان معادل 93 درصد از انواع موجود در این دوره بوده است. این مطالعه همچنین بیان می کند که این انقراض، بسیار سریعتر از آنچه تصور می شد انجام گرفته است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
خطر «سرطان های سینه تهاجمی اولیه» با افزایش سن افزایش می یابد

خطر «سرطان های سینه تهاجمی اولیه» با افزایش سن افزایش می یابد

DCIS یا مجرای سرطانی در بافت در مرحله اولیه سرطان به شکل بالقوه تهاجمی است، درون مجاری شیردهی و یافته های عمومی روی ماموگرافی محدود می شود. درمان DCIS بحث برانگیز است زیرا برخی علتها ممکن است هرگز پیشرونده نباشند و باعث مشکلاتی طی دوران زندگی زنان شوند. تیم ویگل برای مشاهده ارتباط مابین سن مشاهده شده و بررسی شده در درجات متفاوت DCIS اقدام می کند. سرمایه گذاران به نتایج ماموگرافی دیجیتالِ مربوط به تقریبا 374000 زن در سن 50 تا 69 سال نگاه کردند که مابین سال 2005 تا 2008 اقدام به ماموگرافی کرده بودند.

مطالعه متن کامل
نکته سلامتی: راه رفتن نادرست

نکته سلامتی: راه رفتن نادرست

همه در مورد پیاده روی و فواید آن بسیار شنیده ایم. پیاده روی درصد ریسک پایینی از آسیب و صدمه دارد اما در صورتیکه آن را درست انجام ندهید ممکن است به شما صدمه رساند.

مطالعه متن کامل
 عینک های آفتابی بوهل (Buhel)امکان پاسخگویی به تماس های تلفنی را به صورت هندزفری و بدون نیاز به استفاده از هدفون فراهم می کند

عینک های آفتابی بوهل (Buhel)امکان پاسخگویی به تماس های تلفنی را به صورت هندزفری و بدون نیاز به استفاده از هدفون فراهم می کند

عینک های آفتابی Buhel SoundGlasses، تماس های تلفنی را با استفاده از فناوری هدایت استخوانی رله می کند. همین الان هم روش های پاسخگویی به تماس های دریافتی به صورت هندزفری بسیار متنوع است، هرچند که بیشتر این روش ها متضمن استفاده از وسایل پشت گوشی هستند. اما می دانیم که همه افراد لزوما از قرار دادن وسیله ای پشت گوش خوششان نمی آید و به علاوه، این ابزارها توانایی فرد را از نظر شنیدن سایر صداهای اطراف کم می کنند.

مطالعه متن کامل
مدارهای ژنی می توانند در سلول های زنده محاسبات پیچیده انجام دهند

مدارهای ژنی می توانند در سلول های زنده محاسبات پیچیده انجام دهند

تکنیکی جدید به ترکیب روندهای دیجیتال و آنالوگ در سلول های مهندسی شده می پردازد. محققان موفق به توسعه تکنیکی برای ادغام محاسبات دیجیتالی و آنالوگ در سلول های زنده شده اند که به آنها امکان می دهد تا مدارهای ژنی با قابلیت انجام عملیات های پردازشی پیچیده را شکل بدهند.

مطالعه متن کامل
تسهیل فعالیتهای مرتبط با مدیریت نفت خام: دانشمندان موفق شدند ویسکوزیتۀ نفت سنگین را تا 90% کاهش دهند

تسهیل فعالیتهای مرتبط با مدیریت نفت خام: دانشمندان موفق شدند ویسکوزیتۀ نفت سنگین را تا 90% کاهش دهند

یک تیم علمی چند رشته ای، خواص فیزیکی نفت خام سنگین و فوق سنگین را با استفاده از مواد شیمیایی بهبود بخشیدند. این خواص شامل ویسکوزیته (گرانرَوی)، کشش سطحی و دانسیته است. هدف این پژوهش، تسهیل فعالیتهای مرتبط با مدیریت نفت خام و افزایش سودآوری اقتصادی آن در طی مراحل استخراج، انتقال و فرآوری است.

مطالعه متن کامل