Jedan foton otkriva kvantno zapletanje od 16 milijuna atoma

KVANTNA KRIPTOGRAFIJA (Lipanj 2019).

Anonim

Kvantna teorija predviđa da veliki broj atoma može biti upleten i isprepleten vrlo jakim kvantnim odnosom, čak i u makroskopskoj strukturi. Do sada, međutim, uglavnom su nedostajali eksperimentalni dokazi, iako su nedavni napredak pokazali zaplet s 2900 atoma. Znanstvenici sa Sveučilišta u Ženevi (UNIGE), Švicarska, nedavno su obnovili obradu podataka, pokazujući da je 16 milijuna atoma u jednom centimetarskom kristalu. Objavili su svoje rezultate u prirodi Communications.

Zakoni kvantne fizike omogućuju odmah otkrivanje kada su emitirani signali presreli treća strana. Ova je imovina presudna za zaštitu podataka, posebno u industriji šifriranja koja sada jamči da će korisnici biti svjesni svakog presretanja svojih poruka. Ti signali također trebaju biti u mogućnosti putovati velike udaljenosti pomoću specijalnih relejnih uređaja poznatih kao kvantni repeaters-kristali obogaćeni rijetkim zemaljskim atomima i ohladiti na 270 stupnjeva ispod nule (samo tri stupnja iznad apsolutne nula) čiji su atomi upleteni i ujedinjeni od strane vrlo jak kvantni odnos. Kad foton prodire u ovaj mali kristalni blok, stvara se zapletenost između milijardi atoma koje prolazi. To se izričito predviđa teorijom, a upravo se to događa kada kristal ponovno emitira jedan foton bez čitanja informacija koje je primio.

Relativno je lako zavarati dvije čestice: razdvajanje fotona, na primjer, stvara dva isprepletena fotona koji imaju identična svojstva i ponašanja. Florian Fröwis, istraživač u primijenjenoj fizikalnoj skupini na UNIGE-ovom znanstvenom fakultetu, kaže: "Ali nemoguće je izravno promatrati proces povezivanja između nekoliko milijuna atoma jer je masa podataka potrebnih za prikupljanje i analizu toliko ogromna".

Kao rezultat, Fröwis i njegovi kolege odabrali su neizravniju rutu, razmišljajući o tome koja bi mjerenja mogla biti poduzeta i koja bi bila najprikladnija. Ispitali su karakteristike svjetla koje je kristal ponovno emitirao, kao i analizu svojih statističkih svojstava i vjerojatnosti nakon dva glavna avenja - da se svjetlost emitira u jednom smjeru, a ne zrači ravnomjerno od kristala i da je sastoji se od jednog fotona. Na ovaj način, istraživači uspjeli pokazati zaplet 16 milijuna atoma, kada su prethodna zapažanja imala strop od nekoliko tisuća. U paralelnom radu, znanstvenici sa Sveučilišta u Calgaryju u Kanadi pokazali su povezanost između mnogih velikih skupina atoma. "Nismo izmijenili zakone fizike", kaže Mikael Afzelius, članica primijenjene fizike skupine profesora Nicolas Gisin. "Ono što se promijenilo je kako postupamo s protokom podataka".

Upadanje čestica preduvjet je za kvantnu revoluciju koja je na horizontu, što će također utjecati na količine podataka koji cirkuliraju na budućim mrežama, zajedno sa snagom i načinom rada kvantnih računala. Sve, u stvari, ovisi o odnosu dviju čestica na kvantnoj razini - odnos koji je mnogo jači od jednostavnih korelacija predloženih zakonima tradicionalne fizike.

Iako se koncept zapleta može teško shvatiti, može se ilustrirati pomoću par čarapa. Zamislite fizičara koji uvijek nosi dvije čarape različitih boja. Kada ugledate crvenu čarapu na desnoj gležnji, odmah saznate da lijeva čarapa nije crvena. Postoji korelacija, drugim riječima, između dva čarapa. U kvantnoj fizici dolazi do beskrajno jače i tajanstvene korelacije - zapletenost.

Sada, zamislite da postoje dva fizičara u svojim laboratorijima, s velikom udaljenosti koja dijeli dvije. Svaki znanstvenik ima aa foton. Ako su ova dva fotona u zapletenom stanju, fizičari će vidjeti ne-lokalne kvantne korelacije, koje konvencionalna fizika ne može objasniti. Naći će da je polarizacija fotona uvijek suprotna (kao kod čarapa u gornjem primjeru), te da foton nema nikakvu intrinsku polarizaciju. Polarizacija mjerena za svaki foton je stoga sasvim slučajna i temeljno neodređena prije mjerenja. Ovo je nesistematski fenomen koji se događa istovremeno na dva mjesta koja su daleko udaljena - a upravo je tajna kvantnih korelacija.

menu
menu