Tím výskumníkov z Laboratória štruktúrovaného svetla Univerzita vo WitwatersrandeJužná Afrika urobila významný prelom, pokiaľ ide o kvantové zapletenie.
V spolupráci s renomovaným teoretikom strún Robertom de Mello Kochom, ktorý teraz vedie profesor Andrew Forbes Univerzita Huzhou V Číne tím úspešne demonštroval novú metódu na manipuláciu s kvantovými zapletenými časticami bez toho, aby sa zmenili ich vnútorné vlastnosti.
Tento úspech je dôležitým krokom vpred v našom chápaní a aplikácii kvantového zapletenia.
Topológia v kvantovom prepletení
„Dosiahli sme to zapletením dvoch identických fotónov a optimalizáciou ich zdieľanej vlnovej funkcie,“ vysvetľuje Pedro Ornelas, magisterský študent a hlavný autor štúdie. Tento proces objasňuje ich kolektívnu štruktúru alebo topológiu iba vtedy, keď sa považujú za jeden celok.
Experiment sa točí okolo konceptu kvantového zapletenia, známeho ako „strašidelná akcia na diaľku“, kde častice navzájom ovplyvňujú stav, aj keď sú oddelené na veľké vzdialenosti.
Topológia hrá v tomto kontexte dôležitú úlohu. To zaisťuje zachovanie určitých vlastností, ako napríklad to, že hrnček na kávu a šiška sú topologicky ekvivalentné vďaka ich jedinej, nemennej dierke.
„Naše zapletené fotóny sú identické,“ vysvetľuje profesor Forbes. „Ich zapletenie je flexibilné, ale niektoré vlastnosti zostávajú konštantné.“
Štúdia konkrétne skúma topológiu skyrmion, koncept, ktorý predstavil Tony Skyrme v 80. rokoch. V tomto scenári sa topológia vzťahuje na globálnu vlastnosť, ktorá zostáva nezmenená, napríklad textúra tkaniny, bez ohľadu na to, ako sa s ňou manipuluje.
aplikácie kvantového zapletenia
Skyrmiony, pôvodne študované v magnetických materiáloch, tekutých kryštáloch a optických analógoch, sú oceňované vo fyzike kondenzovaných látok pre ich stabilitu a potenciál v technológii ukladania dát.
„Naším cieľom je dosiahnuť rovnaký transformačný efekt s našimi kvantovo zapletenými skyrmionmi,“ hovorí Forbes. Na rozdiel od predchádzajúceho výskumu, v ktorom boli skyrmióny lokalizované do jedného bodu, táto štúdia predstavuje zmenu paradigmy.
Ako hovorí Ornelas: „Teraz chápeme, že topológie tradične považované za lokálne môžu byť v skutočnosti nemiestne, zdieľané medzi priestorovo odlišnými entitami.“
Na základe toho tím navrhuje použiť topológiu ako klasifikačný systém pre zamotané stavy. Spoluriešiteľ, Dr. Isaac Knapp, to porovnáva s abecedou pre komplikované situácie.
„Tak ako rozlišujeme gule a šišky podľa ich otvorov, aj naše kvantové skyrmióny možno klasifikovať na základe ich topologických charakteristík,“ vysvetľuje.
Kľúčové poznatky a budúci výskum
Tento objav otvára dvere novým kvantovým komunikačným protokolom využívajúcim topológiu ako médium na kvantové spracovanie informácií.
Takéto protokoly by mohli spôsobiť revolúciu v tom, ako kódujeme a prenášame informácie v kvantových systémoch, najmä v scenároch, kde tradičné metódy kódovania zlyhajú kvôli minimálnemu zapleteniu.
Stručne povedané, dôležitosť tohto výskumu spočíva v jeho potenciáli pre praktické aplikácie. Udržať bojové štáty nad vodou bolo už desaťročia veľkou výzvou.
Zistenia tímu ukazujú, že topológia môže zostať nedotknutá napriek rozpadu zapletenia, čo ponúka nový mechanizmus kódovania pre kvantové systémy.
Profesor Forbes uzavrel výhľadové vyhlásenie: „Teraz sme pripravení definovať nové protokoly a preskúmať rozsiahlu krajinu topologických nelokálnych kvantových stavov, čo môže viesť k novým prístupom ku kvantovej komunikácii a spracovaniu informácií. Prinesie revolučnú zmenu.“
Viac o kvantovom prepletení
Ako je uvedené vyššie, kvantové zapletenie je fascinujúci a zložitý jav v oblasti kvantovej fyziky.
Je to fyzikálny proces, pri ktorom páry alebo skupiny častíc vznikajú, interagujú alebo zdieľajú priestorovú blízkosť takým spôsobom, že kvantový stav každej častice nemožno opísať nezávisle od stavov ostatných, aj keď sú častice oddelené veľkým vzdialenosť.
Objav a historický kontext
Teóriu kvantového zapletenia prvýkrát predstavili v roku 1935 Albert Einstein, Boris Podolsky a Nathan Rosen. Navrhol paradox Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), ktorý spochybňuje úplnosť kvantovej mechaniky.
Einstein slávne nazval zapletenie ako „strašidelné pôsobenie na diaľku“, čím vyjadril svoje nepohodlie s myšlienkou, že častice by sa mohli navzájom okamžite ovplyvňovať na veľké vzdialenosti.
teória kvantového zapletenia
Jadrom kvantového zapletenia je koncept superpozície. V kvantovej mechanike existujú častice ako elektróny a fotóny v stave superpozície, čo znamená, že môžu byť vo viacerých stavoch naraz.
Keď sú dve častice zapletené, sú spojené takým spôsobom, že stav jednej (či už je to rotácia, poloha, hybnosť alebo polarizácia) okamžite koreluje so stavom druhej, bez ohľadu na to, ako ďaleko sú od seba.
Kvantové zapletenie do výpočtovej techniky a komunikácie
Kvantové zapletenie spochybňuje klasické predstavy fyzikálnych zákonov. To naznačuje, že informácie sa môžu prenášať rýchlejšie ako rýchlosť svetla, čo je v rozpore s Einsteinovou teóriou relativity.
To však neznamená, že sa okamžite prenášajú užitočné informácie, čím by sa porušila kauzalita; Znamená to skôr hlboké prepojenia na kvantovej úrovni.
Jedna z najzaujímavejších aplikácií kvantového zapletenia je v oblasti kvantových výpočtov. Kvantové počítače používajú zapletené stavy na vykonávanie zložitých výpočtov pri rýchlostiach, ktoré klasické počítače nedosahujú.
V kvantovej komunikácii je zapletenie kľúčom k vývoju vysoko bezpečných komunikačných systémov, ako je kvantová kryptografia a kvantová distribúcia kľúčov, ktoré sú teoreticky odolné voči hackingu.
Experimentálne overovanie a súčasný výskum
Od svojich teoretických počiatkov bolo kvantové zapletenie experimentálne demonštrované mnohokrát, čo potvrdzuje jeho zvláštnu a kontraintuitívnu povahu.
Najznámejšie sú Bellove testovacie experimenty, ktoré poskytli dôležité dôkazy proti miestnym skrytým teóriám premenných a v prospech kvantovej mechaniky.
Stručne povedané, kvantové zapletenie, základný kameň kvantovej mechaniky, zostáva predmetom intenzívneho výskumu a diskusií. Jeho mätúci charakter spochybňuje naše chápanie fyzického sveta a otvára dvere potenciálne revolučným pokrokom v technológii.
Ako bude výskum napredovať, možno nájdeme pre tento podivný jav viac praktických aplikácií, ktoré ďalej odhaľujú záhady kvantového vesmíru.
Celá štúdia bola uverejnená v časopise prírodná fotonika,
,
Ako čítate? Prihláste sa na odber nášho bulletinu a získajte zaujímavé články, exkluzívny obsah a najnovšie aktualizácie.
Pozrite si nás na EarthSnap, bezplatnej aplikácii, ktorú vám prinášajú Eric Rawls a Earth.com.
,
