ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಆಪ್ಟಿಕ್ಸ್ನಲ್ಲಿ ಪರಸ್ಪರ ಸಂಬಂಧ ಹೊಂದಿರುವ ಮತ್ತು ಸಿಕ್ಕಿಹಾಕಿಕೊಂಡಿರುವ ಫೋಟಾನ್ ಜೋಡಿಗಳು ಅತ್ಯಗತ್ಯ ಸಾಧನಗಳಾಗಿವೆ. ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ವಿಶಿಷ್ಟವಾಗಿ ಈ ಫೋಟಾನ್ ಜೋಡಿಗಳನ್ನು ಸ್ವಾಭಾವಿಕ ಪ್ಯಾರಾಮೆಟ್ರಿಕ್ ಡೌನ್ಕನ್ವರ್ಶನ್ (SPDC) ಎಂಬ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಮೂಲಕ ರಚಿಸುತ್ತಾರೆ, ಇದರಲ್ಲಿ ಶಕ್ತಿಯುತ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಥಿರವಾದ ಲೇಸರ್ ಅನ್ನು ರೇಖಾತ್ಮಕವಲ್ಲದ ಸ್ಫಟಿಕವಾಗಿ ಹೊಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. SPDC ಸುಸಂಬದ್ಧವಾದ ಲೇಸರ್ ಬೆಳಕಿನ ಮೇಲೆ ಹೆಚ್ಚು ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿದೆಯಾದ್ದರಿಂದ, ಎಚ್ಚರಿಕೆಯಿಂದ ನಿಯಂತ್ರಿತ ಪ್ರಯೋಗಾಲಯದ ಪರಿಸರದ ಹೊರಗೆ ತಂತ್ರವನ್ನು ಅಪ್ರಾಯೋಗಿಕವೆಂದು ಸಂಶೋಧಕರು ದೀರ್ಘಕಾಲ ಪರಿಗಣಿಸಿದ್ದಾರೆ.
ತೀರಾ ಇತ್ತೀಚೆಗೆ, SPDC ಕೆಲಸ ಮಾಡಲು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಸುಸಂಬದ್ಧವಾದ ಬೆಳಕು ಅಗತ್ಯವಿಲ್ಲ ಎಂದು ಅಧ್ಯಯನಗಳು ತೋರಿಸಿವೆ. ಭಾಗಶಃ ಸುಸಂಬದ್ಧವಾದ ಬೆಳಕಿನ ಮೂಲಗಳು ಸಹ ಪರಸ್ಪರ ಸಂಬಂಧಿತ ಫೋಟಾನ್ ಜೋಡಿಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ಕೆಲವು ಸುಸಂಬದ್ಧ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಿದ ಫೋಟಾನ್ಗಳಿಗೆ ವರ್ಗಾಯಿಸುತ್ತವೆ. ಈ ಆವಿಷ್ಕಾರವು ಸಂಶೋಧಕರಿಗೆ ಒಂದು ಕುತೂಹಲಕಾರಿ ಪ್ರಶ್ನೆಯನ್ನು ಕೇಳಲು ಕಾರಣವಾಯಿತು: ಪರಸ್ಪರ ಸಂಬಂಧ ಹೊಂದಿರುವ ಫೋಟಾನ್ ಜೋಡಿಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕನ್ನು ಬಳಸಬಹುದೇ?
ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಆಪ್ಟಿಕ್ಸ್ಗಾಗಿ ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕನ್ನು ಬಳಸುವುದು
ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕನ್ನು ಬಳಸಬಹುದಾದ SPDC ಮೂಲವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವುದು ಪ್ರಮುಖ ಅಡಚಣೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಬರುತ್ತದೆ. ಭೂಮಿಯನ್ನು ತಲುಪುವ ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕು ಪ್ರಕಾಶಮಾನತೆ, ದಿಕ್ಕು ಮತ್ತು ಸ್ಥಾನದಲ್ಲಿ ನಿರಂತರವಾಗಿ ಏರಿಳಿತಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ, ಇದು SPDC ಪ್ರಯೋಗಗಳು ಮತ್ತು ಫೋಟಾನ್ ಪತ್ತೆಗೆ ಅಗತ್ಯವಾದ ನಿಖರವಾದ ಜೋಡಣೆಯನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸುವುದು ಕಷ್ಟಕರವಾಗಿದೆ.
ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕು ಪ್ರಮುಖ ಪ್ರಯೋಜನವನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ. ಲೇಸರ್ಗಳಂತಲ್ಲದೆ, ಇದು ವಿದ್ಯುತ್ ಅಥವಾ ಸಂಕೀರ್ಣ ಪ್ರಯೋಗಾಲಯ ಉಪಕರಣಗಳ ಅಗತ್ಯವಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ದೂರದ ಸ್ಥಳಗಳಲ್ಲಿ ಅಥವಾ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಲೇಸರ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ಅಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿರುವ ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶದಲ್ಲಿ ಕೆಲಸ ಮಾಡಬಹುದು.
ಕ್ಸಿಯಾಮೆನ್ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾನಿಲಯದ ವುಹಾಂಗ್ ಜಾಂಗ್ ಮತ್ತು ಲಿಕ್ಸಿಯಾಂಗ್ ಚೆನ್ ನೇತೃತ್ವದ ಸಂಶೋಧನಾ ತಂಡವು ಈಗ ಕೆಲಸ ಮಾಡುವ ಪರಿಹಾರವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿದೆ. ಬರೆಯುವುದು ಸುಧಾರಿತ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್SPDC ಗಾಗಿ ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕನ್ನು ಏಕೈಕ ಪಂಪ್ ಮೂಲವಾಗಿ ಬಳಸುವ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಸೆಟಪ್ ಅನ್ನು ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ವಿವರಿಸಿದ್ದಾರೆ.
ಅವರ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಸಮಭಾಜಕ ದೂರದರ್ಶಕದ ಆರೋಹಣದಂತೆಯೇ ಸ್ವಯಂಚಾಲಿತ ಸೂರ್ಯ ಟ್ರ್ಯಾಕರ್ ಅನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ. ಟ್ರ್ಯಾಕರ್ ನಿರಂತರವಾಗಿ ದಿನವಿಡೀ ಸೂರ್ಯನನ್ನು ಅನುಸರಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕನ್ನು 20m ಮಲ್ಟಿಮೋಡ್ ಪ್ಲಾಸ್ಟಿಕ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್ಗೆ ನಿರ್ದೇಶಿಸುತ್ತದೆ. ಫೈಬರ್ ಬೆಳಕನ್ನು ಕತ್ತಲೆಯ ಒಳಾಂಗಣ ಪ್ರಯೋಗಾಲಯಕ್ಕೆ ಒಯ್ಯುತ್ತದೆ, ಅಲ್ಲಿ ಅದು ನಿಯತಕಾಲಿಕವಾಗಿ ಧ್ರುವೀಕರಿಸಿದ ರೇಖಾತ್ಮಕವಲ್ಲದ ಪೊಟ್ಯಾಸಿಯಮ್ ಟೈಟಾನಿಲ್ ಫಾಸ್ಫೇಟ್ (PPKTP) ಸ್ಫಟಿಕವನ್ನು ಪಂಪ್ ಮಾಡುತ್ತದೆ.
ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕು ಪರಸ್ಪರ ಸಂಬಂಧಿತ ಫೋಟಾನ್ ಜೋಡಿಗಳನ್ನು ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ
ನೈಸರ್ಗಿಕ ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕಿನ ಅಸ್ಥಿರತೆಯ ಹೊರತಾಗಿಯೂ, ಸೆಟಪ್ ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ಫೋಟಾನ್ ಜೋಡಿಗಳನ್ನು ಬಲವಾದ ಸ್ಥಾನದ ಪರಸ್ಪರ ಸಂಬಂಧಗಳೊಂದಿಗೆ ಉತ್ಪಾದಿಸಿತು. ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸಲು, ಸಂಶೋಧಕರು ಪ್ರೇತ ಚಿತ್ರಣಕ್ಕಾಗಿ ಫೋಟಾನ್ ಜೋಡಿಗಳನ್ನು ಬಳಸಿದರು, ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಇಮೇಜಿಂಗ್ ತಂತ್ರ ಇದರಲ್ಲಿ ನೇರ ಪ್ರಾದೇಶಿಕ ಪತ್ತೆಗೆ ಬದಲಾಗಿ ಪರಸ್ಪರ ಸಂಬಂಧ ಹೊಂದಿರುವ ಫೋಟಾನ್ಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಚಿತ್ರಗಳನ್ನು ಮರುನಿರ್ಮಾಣ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕಿನ-ಚಾಲಿತ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು 90.7% ನಷ್ಟು ಪ್ರೇತ ಇಮೇಜಿಂಗ್ ಗೋಚರತೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಿದೆ, ಅದೇ ಪಂಪ್ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಪ್ರಮಾಣಿತ 405 nm ಲೇಸರ್ನಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ 95.5% ಗೋಚರತೆಗೆ ಹತ್ತಿರದಲ್ಲಿದೆ.
ಸರಳವಾದ ಡಬಲ್-ಸ್ಲಿಟ್ ಚಿತ್ರಗಳನ್ನು ಮೀರಿ, ಸಂಶೋಧಕರು ಹೆಚ್ಚು ವಿವರವಾದ ಎರಡು ಆಯಾಮದ ಚಿತ್ರವನ್ನು ಪುನರ್ನಿರ್ಮಿಸಿದ್ದಾರೆ, ಇದನ್ನು “ಭೂತ ಮುಖ” ಎಂದು ವಿವರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಫಲಿತಾಂಶವು ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕಿನ-ಚಾಲಿತ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಹೆಚ್ಚು ಸಂಕೀರ್ಣವಾದ ಪ್ರಾದೇಶಿಕ ಮಾದರಿಗಳನ್ನು ನಿಭಾಯಿಸಬಲ್ಲದು ಎಂದು ತೋರಿಸಿದೆ.
ಸಂಶೋಧಕರ ಪ್ರಕಾರ, ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕಿನ ವಿಶಾಲವಾದ ವರ್ಣಪಟಲವು ರೇಖಾತ್ಮಕವಲ್ಲದ ಸ್ಫಟಿಕದೊಳಗೆ ಅರೆ-ಹಂತದ ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯನ್ನು ಬೆಂಬಲಿಸಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಸ್ಥಾನ-ಸಂಬಂಧಿತ ಫೋಟಾನ್ ಜೋಡಿಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ. ದೀರ್ಘಕಾಲದವರೆಗೆ ಡೇಟಾವನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸುವ ಮೂಲಕ, ತಂಡವು ಸಿಗ್ನಲ್-ಟು-ಶಬ್ದ ಅನುಪಾತ ಮತ್ತು ಕಾಂಟ್ರಾಸ್ಟ್-ಟು-ಶಬ್ದ ಅನುಪಾತ ಎರಡನ್ನೂ ಸುಧಾರಿಸಿದೆ, ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕಿನಲ್ಲಿ ನೈಸರ್ಗಿಕ ಏರಿಳಿತಗಳ ಹೊರತಾಗಿಯೂ ಸಿಸ್ಟಮ್ ಸ್ಥಿರವಾದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ.
ಸಂಪೂರ್ಣ ನಿಷ್ಕ್ರಿಯ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಇಮೇಜಿಂಗ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆ
ಪ್ರಯೋಗವು ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕು-ಪಂಪ್ ಮಾಡಿದ SPDC ಯ ಮೊದಲ ಯಶಸ್ವಿ ಪ್ರದರ್ಶನವನ್ನು ಫ್ಯಾಂಟಮ್ ಇಮೇಜಿಂಗ್ನೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸುತ್ತದೆ. ಲೇಸರ್ಗಳು ಮತ್ತು ಬಾಹ್ಯ ವಿದ್ಯುತ್ನ ಅಗತ್ಯವನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕುವ ಮೂಲಕ, ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಪರಸ್ಪರ ಸಂಬಂಧ ಹೊಂದಿರುವ ಫೋಟಾನ್ ಜೋಡಿಗಳ ಸಂಪೂರ್ಣ ನಿಷ್ಕ್ರಿಯ ಮೂಲವನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸುತ್ತದೆ.
ಭವಿಷ್ಯದ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಇಮೇಜಿಂಗ್ ಮತ್ತು ರಿಮೋಟ್ ಪರಿಸರದಲ್ಲಿ ಅಥವಾ ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸುವ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಮಾಹಿತಿ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಿಗೆ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಉಪಯುಕ್ತವಾಗಿದೆ ಎಂದು ಸಂಶೋಧಕರು ನಂಬಿದ್ದಾರೆ.
ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕಿನ ಕೊಯ್ಲು, ಸ್ಫಟಿಕ ಇಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಸಂಕುಚಿತ ಸಂವೇದಕ ಮತ್ತು ಯಂತ್ರ ಕಲಿಕೆ ಸೇರಿದಂತೆ ಇಮೇಜ್ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣ ವಿಧಾನಗಳಲ್ಲಿನ ಪ್ರಗತಿಗಳು, ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ, ನೈಜ-ಪ್ರಪಂಚದ ಬಳಕೆಗೆ ಹತ್ತಿರ ತರಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುವಾಗ ಚಿತ್ರದ ಗುಣಮಟ್ಟ ಮತ್ತು ಚಿತ್ರದ ವೇಗವನ್ನು ಇನ್ನಷ್ಟು ಸುಧಾರಿಸಬಹುದು ಎಂದು ಅವರು ಗಮನಿಸಿದರು.
