Bugün öğrendim ki: 2016 yılında, kuantum ışık kaynağı kullanan araştırmacılar, insanların gözlerine tek bir fotonun isabet edip etmediğini şans eseri olma olasılığından biraz daha yüksek bir olasılıkla takip edebildiklerini buldular. Bu, parlak bir kıvılcım olarak "görmesek" de, bilginin bilincimize ulaştığını gösteriyor.
Gözlerimizin çalışmayı bırakması için havanın ne kadar karanlık olması gerekir? Rockefeller Üniversitesi ve Avusturya'daki Moleküler Patoloji Araştırma Enstitüsü'nden bir ekip tarafından yapılan araştırma, insanların ışığın ölçülebilen en küçük birimi olan tek bir fotonun varlığını tespit edebildiğini göstermiştir. Önceki çalışmalar, karanlığa alışmış insan deneklerin yalnızca beş ila yedi fotonluk flaşları bildirebildiğini ortaya koymuştu.
Çalışmaya, Rockefeller'da Nöroteknoloji ve Biyofizik Laboratuvarı'nın başkanı ve Moleküler Patoloji Araştırma Enstitüsü'nde yardımcı araştırmacı olan Alipasha Vaziri liderlik etti. Bu hafta Nature Communications'da yayınlandı.
Dikkat çekici hassasiyet
Vaziri, "Bunu hayal ederseniz dikkat çekicidir: ışığı oluşturan en küçük fiziksel varlık olan bir foton, milyarlarca hücreden oluşan biyolojik bir sistemle, hepsi sıcak ve ıslak bir ortamda etkileşime giriyor," diyor. "Fotonun ürettiği yanıt, her yerde bulunan arka plan gürültüsüne rağmen farkındalık düzeyine kadar hayatta kalıyor. Herhangi bir insan yapımı dedektörün aynı şekilde davranması için soğutulması ve gürültüden izole edilmesi gerekir."
İnsan gözünün tek bir fotonu kaydetme yeteneğini kaydetmenin yanı sıra, araştırmacılar ikinci bir fotonun birkaç saniye önce flaşlanmasının, sanki bir foton sistemi bir sonrakini kaydetmek için "hazırlıyormuş" gibi bunu yapma olasılığını artırdığını buldu.
Bir kuantum ışık kaynağı
Vaziri, insan gözünün hassasiyetini test etmek için tasarlanan önceki deneylerin uygun teknolojinin eksikliğinden muzdarip olduğunu söylüyor. "Tam olarak bir veya başka sayıda foton içeren ışık durumları tasarlamak önemsiz değildir," diyor. "Bunun nedeni, bir lamba veya lazer gibi klasik bir ışık kaynağındaki foton sayısının belirli istatistiksel dağılımları takip etmesidir. Işığı foton sayısını azaltmak için zayıflatabilseniz de, genellikle kesin bir sayı belirleyemezsiniz."
Vaziri'nin ekibi, kuantum optiği ve kuantum bilgi çalışmalarında sıklıkla kullanılan, yüksek enerjili bir fotonun doğrusal olmayan bir kristalde bozunduğu bir süreç kullanan, kendiliğinden parametrik aşağı dönüşüm veya SPDC adı verilen bir ışık düzeneği kurdu. Süreç, tamamlayıcı renklere sahip tam olarak iki foton üretir. Deneysel düzende, fotonlardan biri denek gözüne gönderilirken diğeri bir dedektöre gönderildi, bu da bilim adamlarının her fotonun göze ne zaman iletildiğini takip etmesini sağladı.
İlk kanıt
Bulgularına ulaşmak için Vaziri ve işbirlikçileri, ışık kaynağını, deneklerin birinin tek bir foton içerdiği, diğerinin ise boş olduğu iki zaman aralığı arasında seçim yapmalarının defalarca istendiği, iki alternatifli zorunlu seçim (2AFC) olarak adlandırılan benzeri görülmemiş bir psikofizik protokolüyle birleştirdi. 30.000'den fazla denemeden toplanan veriler, insanların gözlerine çarpan tek bir fotonu şansın belirgin şekilde üzerindeki bir olasılıkla tespit edebildiğini gösterdi.
Vaziri, "Şimdi bilmek istediğimiz şey, biyolojik bir sistemin bu hassasiyeti nasıl başardığıdır? Gürültü varlığında bunu nasıl başarıyor? Mekanizma görmeye mi özgü yoksa gürültü varlığında zayıf sinyalleri tespit etmek için diğer sistemlerin nasıl evrimleşmiş olabileceğine dair daha genel bir şey mi söyleyebilir?" diye soruyor.
Fonlama bildirimi: Bu araştırma, Viyana Bilim ve Teknoloji Fonu (hibe VRG10-11 ve LS14-009), İnsan Sınırları Bilim Programı (RGP0041/2012), Kuantum Olayları ve Nanoskalalı Biyolojik Sistemler Araştırma Platformu ve Moleküler Patoloji Araştırma Enstitüsü (IMP) tarafından desteklenmiştir. IMP büyük ölçüde Boehringer Ingelheim tarafından finanse edilmektedir.