Tyrėjų komanda iš Struktūrinės šviesos laboratorijos… Witwatersrand universitetasPietų Afrika padarė didelę pažangą kvantinio įsipainiojimo srityje.

Vadovaujamas profesoriaus Andrew Forbes, bendradarbiaudamas su žinomu styginių mokslininku Robertu de Mello Kochu, kuris dabar Hudžou universitetas Kinijoje komanda sėkmingai pademonstravo naują būdą manipuliuoti kvantinėmis įsipainiojusiomis dalelėmis, nekeičiant jų esminių savybių.

Šis žygdarbis yra didžiulis žingsnis mūsų supratimo ir taikymo kvantinio susipynimo srityje.

Kvantinio susipynimo topologija

„Mes tai pasiekėme supainioję du identiškus fotonus ir priskirdami jiems bendrą bangų funkciją, – aiškina magistrantūros studentas ir pagrindinis tyrimo autorius Pedro Ornelas. – Dėl šio proceso jų kolektyvinė struktūra arba topologija tampa aiški tik tada, kai jie laikomi vienas subjektas“.

Šis eksperimentas sukasi aplink kvantinio susipynimo koncepciją, kuri vadinama „baisu veiksmu per atstumą“, kai dalelės daro įtaką viena kitos būsenoms, net kai jas skiria dideli atstumai.

Topologija šiame kontekste vaidina lemiamą vaidmenį. Tai užtikrina tam tikrų savybių išsaugojimą, kaip ir kavos puodelio ir spurgos topologinį lygiavertiškumą dėl savo vienos, nekintančios skylės.

„Mūsų įsipainioję fotonai yra panašūs“, – aiškina profesorius Forbesas. „Jų įsipainiojimas yra lankstus, tačiau kai kurios savybės išlieka pastovios.

Tyrime konkrečiai nagrinėjama Skyrmion topologija – sąvoka, kurią Tony Skyrmion pristatė devintajame dešimtmetyje. Pagal šį scenarijų topologija reiškia bendrą savybę, kuri išlieka nepakitusi, pvz., audinio tekstūrą, nesvarbu, kaip ji apdorojama.

Kvantinio susipynimo taikymai

Skyrmionai, kurie iš pradžių buvo tiriami magnetinėse medžiagose, skystuosiuose kristaluose ir jų optiniuose atitikmenyse, buvo giriami kondensuotų medžiagų fizikoje dėl jų stabilumo ir potencialo duomenų saugojimo technologijoje.

„Siekiame pasiekti panašų transformacinį poveikį su savo kvantiškai susietais skyrmionais“, – priduria „Forbes“. Skirtingai nuo ankstesnių tyrimų, kurie apribojo Skyrmions vietą vienu tašku, šis tyrimas parodo paradigmos pokytį.

Kaip sako Ornelas: „Dabar mes suprantame, kad topologija, tradiciškai laikoma vietine, iš tikrųjų gali būti ne lokali, dalijama erdvėje atskirtiems subjektams“.

Atitinkamai, komanda siūlo naudoti topologiją kaip įsipainiojusių būsenų klasifikavimo sistemą. Daktaras Ishaqas Naibas, bendradarbis, lygina tai su susivėlusių būsenų abėcėle.

„Kaip mes atskiriame laukus ir spurgas pagal jų skylutes, mūsų kvantinius skyrmionus galima klasifikuoti pagal jų topologines savybes“, – aiškina jis.

Pagrindinės idėjos ir ateities tyrimai

Šis atradimas atveria duris naujiems kvantinio ryšio protokolams, kurie naudoja topologiją kaip kvantinės informacijos apdorojimo priemonę.

Tokie protokolai gali pakeisti informacijos kodavimą ir perdavimą kvantinėse sistemose, ypač tais atvejais, kai tradiciniai šifravimo metodai sugenda dėl minimalaus įsipainiojimo.

Esmė ta, kad šio tyrimo svarba yra galimybė jį pritaikyti vietoje. Dešimtmečius išlaikyti tarpusavyje susijusias valstybes buvo didelis iššūkis.

Grupės išvados rodo, kad topologija gali išlikti nepakitusi net ir susipainiojus, suteikdama naują kvantinių sistemų šifravimo mechanizmą.

Profesorius Forbes baigia į ateitį nukreiptu pareiškimu, sakydamas: „Dabar esame pasirengę apibrėžti naujus protokolus ir ištirti platų nevietinių kvantinių būsenų kraštovaizdį, kuris gali pakeisti mūsų požiūrį į kvantinį ryšį ir informacijos apdorojimą.

Daugiau apie kvantinį susipynimą

Kaip aptarta aukščiau, kvantinis susipynimas yra žavus ir sudėtingas reiškinys kvantinės fizikos pasaulyje.

Tai fizinis procesas, kurio metu dalelių poros ar grupės sukuria, sąveikauja arba dalijasi erdviniu artumu tokiu būdu, kad kiekvienos dalelės kvantinės būsenos negalima apibūdinti nepriklausomai nuo kitų dalelių būsenos, net kai dalelės yra atskirtos didelis atstumas. .

Atradimas ir istorinis kontekstas

Pirmą kartą kvantinio susipynimo teoriją 1935 m. iškėlė Albertas Einšteinas, Borisas Podolskis ir Natanas Rosenas. Jie pasiūlė Einšteino-Podolskio-Roseno (EPR) paradoksą, metantį iššūkį kvantinės mechanikos išsamumui.

Einšteinas garsiai vadino įsipainiojimą kaip „baisų veiksmą per atstumą“, išreikšdamas diskomfortą dėl idėjos, kad dalelės gali akimirksniu paveikti viena kitą dideliais atstumais.

Kvantinio susipynimo principai

Kvantinio susipynimo esmė yra superpozicijos samprata. Kvantinėje mechanikoje dalelės, tokios kaip elektronai ir fotonai, egzistuoja superpozicijos būsenoje, o tai reiškia, kad jos gali būti keliose būsenose vienu metu.

Kai dvi dalelės yra susipynusios, jos yra susijusios taip, kad vienos būsena (ar tai būtų sukimasis, padėtis, impulsas ar poliarizacija) yra akimirksniu susijusi su kitos būsena, nesvarbu, kiek toli jos yra.

Kvantinis įsipainiojimas į skaičiavimus ir ryšius

Kvantinis įsipainiojimas meta iššūkį klasikinėms fizikinių dėsnių sampratoms. Tai rodo, kad informacija gali būti perduodama greičiau nei šviesos greitis, o tai prieštarauja Einšteino reliatyvumo teorijai.

Tačiau tai nereiškia, kad tinkama informacija perduodama nedelsiant, o tai pažeistų priežastinį ryšį; Atvirkščiai, tai reiškia giliai įsišaknijusį tarpusavio ryšį kvantiniu lygmeniu.

Vienas įdomiausių kvantinio susipynimo pritaikymų yra kvantinio skaičiavimo srityje. Kvantiniai kompiuteriai naudoja susietas būsenas, kad atliktų sudėtingus skaičiavimus greičiu, kurio negali pasiekti klasikiniai kompiuteriai.

Kvantiniuose ryšiuose susipainiojimas yra raktas kuriant labai saugias ryšių sistemas, tokias kaip kvantinė kriptografija ir kvantinio rakto paskirstymas, kurios teoriškai yra apsaugotos nuo įsilaužimo.

Empirinis patvirtinimas ir dabartiniai tyrimai

Nuo pat teorinės pradžios kvantinis įsipainiojimas buvo kelis kartus eksperimentiškai įrodytas, pabrėžiant jo keistą ir prieštaringą pobūdį.

Garsiausi yra Bell testo eksperimentai, kurie pateikė svarbių įrodymų prieš vietines paslėptų kintamųjų teorijas ir kvantinės mechanikos naudai.

Trumpai tariant, kvantinis įsipainiojimas, kvantinės mechanikos kertinis akmuo, tebėra intensyvių tyrimų ir diskusijų objektas. Jo mįslinga prigimtis meta iššūkį mūsų supratimui apie fizinį pasaulį ir atveria kelią potencialiai revoliucingiems technologijų pokyčiams.

Vykstant moksliniams tyrimams, galime rasti daugiau praktinių šio keisto reiškinio pritaikymo būdų, atskleidžiančių daugiau kvantinės visatos paslapčių.

Visas tyrimas buvo paskelbtas žurnale Gamtos fotonika.

—

Patinka tai, ką skaičiau? Prenumeruokite mūsų naujienlaiškį, kad gautumėte patrauklių straipsnių, išskirtinio turinio ir naujausių naujienų.

Apsilankykite pas mus EarthSnap – nemokama programėlė, kurią jums pateikė Ericas Rallsas ir Earth.com.

—