Команда дослідників з Лабораторії структурованого світла в… Університет ВітватерсрандПівденна Африка досягла значного прогресу щодо квантової заплутаності.
На чолі з професором Ендрю Форбсом у співпраці з відомим вченим у галузі струн Робертом де Мелло Кохом, який зараз у Університет Хучжоу У Китаї команда успішно продемонструвала новий спосіб маніпулювання квантово заплутаними частинками без зміни їхніх властивостей.
Цей подвиг є величезним кроком у нашому розумінні та застосуванні квантової заплутаності.
Топологія в квантовій заплутаності
“Ми досягли цього шляхом переплутання двох ідентичних фотонів і призначення їм спільної хвильової функції, – пояснює Педро Орнелас, студент магістратури та провідний автор дослідження. – Цей процес робить їх колективну структуру або топологію зрозумілою лише тоді, коли вони розглядаються як єдине ціле».
Цей експеримент ґрунтується на концепції квантової заплутаності, яка називається «моторошна дія на відстані», коли частинки впливають на стани одна одної, навіть коли вони розділені величезною відстанню.
Топологія відіграє вирішальну роль у цьому контексті. Це гарантує збереження певних властивостей, подібно до того, як чашка кави та пончик топологічно еквівалентні через єдиний незмінний отвір.
«Наші заплутані фотони схожі», — пояснює професор Форбс. «Їхнє заплутування є гнучким, але деякі властивості залишаються незмінними».
У дослідженні розглядається топологія Skyrmion, концепція, представлена Тоні Skyrmion у 1980-х роках. У цьому сценарії топологія відноситься до загальної властивості, яка залишається незмінною, як-от текстура тканини, незалежно від того, як її обробляють.
Застосування квантової заплутаності
Скірміони, які спочатку вивчалися в магнітних матеріалах, рідких кристалах та їх оптичних аналогах, отримали високу оцінку у фізиці конденсованого середовища за їхню стабільність і потенціал у технології зберігання даних.
«Ми прагнемо досягти аналогічних трансформаційних ефектів за допомогою наших квантово заплутаних скірміонів», — додає Forbes. На відміну від попередніх досліджень, які обмежували розташування Skyrmions однією точкою, це дослідження представляє зміну парадигми.
Як каже Орнелас: «Тепер ми розуміємо, що топологія, яка традиційно розглядається як локальна, насправді може бути нелокальною, спільною для просторово розділених об’єктів».
Відповідно, команда пропонує використовувати топологію як систему класифікації заплутаних станів. Доктор Ісхак Найб, співдослідник, порівнює це з алфавітом заплутаних станів.
«Подібно до того, як ми розрізняємо поля та пончики за їхніми отворами, наші квантові скірміони можна класифікувати за їхніми топологічними характеристиками», — пояснює він.
Ключові ідеї та майбутні дослідження
Це відкриття відкриває двері для нових протоколів квантової комунікації, які використовують топологію як засіб обробки квантової інформації.
Такі протоколи можуть революціонізувати спосіб кодування та передачі інформації в квантових системах, особливо в сценаріях, коли традиційні методи шифрування не працюють через мінімальне заплутування.
Суть полягає в тому, що важливість цього дослідження полягає в можливості його застосування на землі. Десятиліттями збереження взаємопов’язаних держав було серйозною проблемою.
Висновки команди свідчать про те, що топологія може залишатися незмінною, навіть якщо заплутаність розпадається, забезпечуючи новий механізм шифрування для квантових систем.
Професор Форбс закінчує прогнозною заявою, кажучи: «Тепер ми готові визначити нові протоколи та досліджувати широкий ландшафт нелокальних квантових станів, що може революціонізувати наш підхід до квантових комунікацій та обробки інформації».
Докладніше про квантову заплутаність
Як обговорювалося вище, квантова заплутаність є захоплюючим і складним явищем у світі квантової фізики.
Це фізичний процес, під час якого пари або групи частинок створюють, взаємодіють або ділять просторову близькість таким чином, що квантовий стан кожної частинки не може бути описаний незалежно від стану інших частинок, навіть якщо частинки розділені між собою. велика відстань. .
Відкриття та історичний контекст
Теорію квантової заплутаності вперше висунули в 1935 році Альберт Ейнштейн, Борис Подольський і Натан Розен. Вони запропонували парадокс Ейнштейна-Подольського-Розена (EPR), поставивши під сумнів повноту квантової механіки.
Ейнштейн назвав заплутаність «моторошною дією на відстані», висловлюючи дискомфорт через те, що частинки можуть миттєво впливати одна на одну на величезних відстанях.
Принципи квантової заплутаності
В основі квантової заплутаності лежить концепція суперпозиції. У квантовій механіці такі частинки, як електрони та фотони, існують у стані суперпозиції, тобто вони можуть перебувати в кількох станах одночасно.
Коли дві частинки переплутані, вони пов’язані таким чином, що стан однієї (будь то спін, положення, імпульс або поляризація) миттєво пов’язаний зі станом іншої, незалежно від того, наскільки вони віддалені.
Квантова заплутаність в обчислювальній техніці та комунікації
Квантова заплутаність кидає виклик класичним уявленням про фізичні закони. Це вказує на те, що інформація може передаватися швидше за швидкість світла, що суперечить теорії відносності Ейнштейна.
Однак це не означає, що корисна інформація передається негайно, що порушило б причинність; Швидше, це передбачає глибоко вкорінений взаємозв’язок на квантовому рівні.
Одне з найбільш захоплюючих застосувань квантової заплутаності – це сфера квантових обчислень. Квантові комп’ютери використовують заплутані стани для виконання складних обчислень зі швидкістю, якої не можуть досягти класичні комп’ютери.
У квантових комунікаціях заплутаність є ключем до розробки високозахищених комунікаційних систем, таких як квантова криптографія та квантовий розподіл ключів, які теоретично захищені від злому.
Емпірична перевірка та поточні дослідження
З моменту свого теоретичного заснування квантову заплутаність було кілька разів експериментально доведено, що підкреслює її дивну та суперечливу природу.
Найвідомішими є експерименти Белла, які надали важливі докази проти теорій локальних прихованих змінних і на користь квантової механіки.
Коротше кажучи, квантова заплутаність, наріжний камінь квантової механіки, залишається предметом інтенсивних досліджень і дискусій. Його загадкова природа ставить під сумнів наше розуміння фізичного світу та відкриває шлях для потенційно революційних розробок у технології.
У міру розвитку досліджень ми можемо знайти більше практичних застосувань для цього дивного явища, розкриваючи більше таємниць квантового Всесвіту.
Повний текст дослідження було опубліковано в журналі Фотоніка природи.
—–
Подобається те, що я прочитав? Підпишіться на нашу розсилку, щоб отримувати цікаві статті, ексклюзивний вміст і останні оновлення.
Завітайте до нас на EarthSnap, безкоштовному додатку від Eric Ralls і Earth.com.
—–
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
