Fizikçiler, Bir Kuantum X-Ray Cihazı Yaptılar

Bir grup araştırmacı, kesin tespitler yapabilmek için arka plan gürültüsünü imha etmeyi başararak gerçek bir x-ray cihazında kuantum iyileştirmesini gerçekleştirdi.
Kuantum boyutlarında olan foton çiftleri arasındaki ilişki, klasik optiğe göre daha net, daha yüksek çözünürlüklü görüntüler oluşturmak için kullanılabilir.

ilgili: Kuantum Nedir?
Ortaya çıkan bu alana kuantum görüntüleme denir ve özellikle optik ışık kullanıldığından, kemikler ve organlar gibi, görülmeyen nesneleri göstermek için gerçekten etkileyici bir potansiyele sahiptir.
Kuantum ilişkisi foton çiftleri arasındaki birkaç farklı ilişkiyi tanımlar. “Bağıntılı foton” bunlardan bir tanesidir ve optik kuantum görüntüleme tekniğinde kullanılır.
X-ray dalga boyunda birbirine dolanmış fotonları oluşturmadaki teknik zorlukları, optik ışıktan çok daha büyüktür, bu nedenle kuantum X-ışınlarının yapımında ekip farklı bir açıdan yaklaşmışlardır.
Arka plan gürültüsünü en aza indirmek için kuantum aydınlatma denilen bir teknik kullandılar.Genellikle, bunun için bağıntılı fotonlar kullanılır, ancak daha zayıf bağlar da işe yarar. Araştırmacılar, Parametrik olarak indirgenmiş dönüşüm (PİD) olarak adlandırılan bir işlemi kullanarak, yüksek enerjili bir fotonu, sinyal fotonu ve bir başıboş fotonu olarak adlandırılan iki düşük enerjili fotona böler.

Araştırmacılar makalelerinde, “X-ışını PİD, birkaç yazar tarafından da kanıtlandı ve etkinin hayalet görüntüleme için bir kaynak olarak kullanılması yakın zamanda ispatlandı” diye yazmışlardır.
“Ancak, önceki yayınların hiçbirinde foton istatistikleri ölçülmedi. Bugüne kadar, X-ışını PİD tarafından üretilen fotonların, kuantum radyasyon istatistiklerini gösterdiğine dair deneysel bir kanıt yoktur. Aynı şekilde, kuantum arttırılmış ölçüm hassasiyetinin gözlemleri, X ışını dalga boylarında hiç rapor edilmemiştir.”

X-ışını PİD

Araştırmacılar, bir elmas kristaliyle, X-ışını PİD’e ulaşabilmeyi başardılar. Kristalin kenarsız yapısı, her biri yoğunlaştırılmış ışınının enerjisinin yarısına sahip olan bir yoğun X ışını foton ışını sinyaline ve başıboş ışınlarına böler.
Normalde, bu işlem sırasında X ışınları kullanmak çok verimsizdir, bu yüzden araştırmacı ekip, çareyi gücü artırmakta buldu.
Japonya’da SPring-8 elektron hızlandırıcısını kullanarak, her biri 11 kilo-elektron volt taşıyan ve iki ışına ayrılan, toplamda 22 kilo-elektron volt olan X-ışınlarını kristallere ateşlediler.
Sinyal ışını diğer taraftaki bir dedektör ile görüntülenecek nesneye (bu deneyde bir metal parçası) doğru gönderilir. Başıboş ışın demeti, doğrudan farklı bir dedektöre  gönderilir. Bu o kadar iyi ayarlanır ki, her bir ışının ilgili dedektöre aynı yerde ve aynı anda çarpması sağlanır.
İsrail’deki Bar-Ilan Üniversitesi ‘nden fizikçi Sason Sofer, “Gözlemiş olduğumuz mükemmel zaman-enerji ilişkisi yalnızca iki fotonun kuantum bağlantılı olduğu anlamına gelebilir” dedi.
Bir sonraki adımda ise, araştırmacılar bulgularını karşılaştırdılar. Araştırmacılar başıboş fotonları, bir sinyal fotonlarına eşleştirebiliyorlardı. Böylece görüntüdeki hangi fotonların ışından geldiğini söyleyebiliyorlar ve böylece arka plan gürültüsünü kolayca ayırt edebiliyorlardı.
Daha sonra bu görüntüleri düzenli ve bağıntısız fotonlar kullanılarak çekilen görüntülerle karşılaştırdılar ve ilişkili fotonların açıkça daha keskin bir görüntü ürettiği belirtildi.

Büyük ölçüde heyecan verici bir araç

Daha erken olduğu aşikâr. Ancak, kesinlikle büyük ölçüde heyecan verici bir araç olduğu kesin. Kuantum X-ışını görüntülemenin, mevcut X-ışını teknolojisinin kapsamı dışında birçok alanda kullanımı olabilir. Bir vaat ise, X-ray görüntülemedeki radyasyon seviyesini azaltabilmesidir.
Bu,daha az radyasyon, daha az ısı yaydığından dolayı, kolayca zarar görebilecek numunelerin ve düşük sıcaklık gerektiren numunelerin X ışınları tarafından görüntülenebileceği anlamına gelir. Ayrıca fizikçilerin X-ışınını, atomun çekirdeğinin içinde ne olduğunu görebilmelerini de sağlayabilir.
Açıkçası, kuantum X-ışınları sert bir parçacık hızlandırıcı gerektirdiğinden, tıbbi uygulamalar şu anda uygulanmamaktadır. Ekip neler yapılabileceklerini gösterdiler ancak bunun boyutlarını küçültmek zor olacak.
Şu anda, fotonların dolaşık olup olmadığının belirlenmesi bir sonraki adımdır. Bu, fotonların dedektörlere varmalarının, şu andaki teknolojimizin ötesinde olan attosaniye ölçeklerinde tespit edilmesi gerektirir. (attosaniye, saniyenin 1×10⁻¹⁸ idir)

“Yine de, bu oldukça şaşırtıcı bir başarıdır.”

Araştırmacılar makalelerinde;“ Foton çiftlerinin kuvvetli zaman-enerji ilişkilerini kuantum ile geliştirilmiş foto-algılama (photodetection) için kullanabileceğini kanıtladık. Sunduğumuz yöntem, X-ışını ölçümlerinin verimliliklerini iyileştirmek için büyük bir potansiyele sahiptir” diye yazdılar.
“Bu çalışmanın, optik ve spektroskopi alanları da dahil olmak üzere bir çok alanda X-ışını algılamada, işleri kolaylaştıracağını tahmin ediyoruz.”
Bunlar da ilginizi çekebilir:
Genelden 200 kat daha hızlı: Şimdiye kadarki en hızlı kuantum operasyonu
Bilim İnsanları, kuantum ‘’buzdolabı’’ tasarladı
Bu Süper İletken, Tamamen Farklı Bir Kuantum Bilgisayar Türünün Anahtarı Olabilir
Bilim insanları kuantum dolaşıklığının ilk fotoğrafını çektiler
Çeviri: Engin ALIR
Kaynak: https://www.sciencealert.com/physicists-have-managed-to-create-quantum-x-rays