Quantum verden af atomer og partikler, der er de mærkelige og vidunderlige. På kvante-niveau partikler kan trænge ind uigennemtrængelige barrierer, og at være to steder på samme tid. Men det mærkelige egenskaber ved kvantemekanikken er ikke matematisk finurlighed, disse er reelle effekter, der kan observeres i laboratoriet igen og igen. En af de mest karakteristiske træk ved kvantemekanik er “druknede”. Sammenfiltrede partikler forbliver mystisk vis forbundet på nogen afstand. Og så de tre uafhængig Europæisk gruppe af forskere, der har formået at forvirre ikke bare et par partikler, som det gjorde før, og adskille skyer af tusinder af atomer. De har også fundet en måde at udnytte det teknologiske potentiale af deres resultater.
Når partikler, der er faret vild, de fælles egenskaber, som gør dem afhængige af hinanden, selv hvis de er adskilt af milliarder af kilometer. Einstein kaldet entanglement “spooky action på afstand”, fordi en ændring af en enkelt partikel i en forvirrende par med det samme påvirker et par, uanset hvordan det er nu.
Hvordan at bruge quantum entanglement?
Selv om den forvirring, der kan synes at nogle magiske, eksperimenter har vist, at det eksisterer i mange år. Og det kan også være særdeles nyttigt — og dermed de tilhørende partikler, der kan bruges til at overføre kvantetilstande af en partikel, såsom spin, fra et sted til et andet med det samme (teleport). De kan også hjælpe med at oplagre store mængder af information i en bestemt volumen (superdense kodning).
Ud over evnen til at gemme oplysninger, forvirring kan også hjælpe med at forbinde og kombinere computer power-systemer i forskellige dele af verden. Det er let at forstå, at dette gør det til et vigtigt aspekt af quantum computing. En anden lovende retning er virkelig sikker kommunikation. Fordi ethvert forsøg på at gribe ind i systemet med sammenfiltrede partikler vil straks bryde entanglement, gør indlysende faktum af indbrud i en kommunikationskanal.
Entangled fotoner kan også bruges til at forbedre opløsningen af billeddannende teknikker. Forskere fra University of Waterloo i øjeblikket håber at udvikle quantum radar, der kan registrere fly, som stealth.
Hvirvler i kondensat af Bose — Einstein
Men implementering af teknologi på grundlag af entanglement er ikke så enkelt. Fordi entanglement er et meget skrøbeligt fænomen. Eksperimenter med inddragelse typisk producere de enkelte par af partikler. Men enkelte partikler med en præcision svært at opdage, og de får ofte tabt eller skjult i det omgivende støj. Så udfordringen er at sætte dem i en tilstand af forvirring, manipulere dem til at udføre nyttige operationer, og endelig skal du blot bruge alle det er utrolig svært at trække ud i praksis.
Quantum cloud
En ny undersøgelse, publiceret i tre artikler i Science, har ført til et betydeligt gennembrud. I stedet for at tage individuelle partikler og forvirre dem til én, forskerne i gang med zwergholdrio gas — Samling af tusinder af atomer. De er næsten afkølet til en temperatur over det absolutte nulpunkt.
Fanget i et lille volumen, atomer i denne sky bliver uskelnelige fra hinanden, og danne en ny tilstand af stof, der er kendt som kondensat Bose — Einstein. Atomer i skyen begynder at arbejde sammen — nu de er forvirrede. For første gang i denne tilstand af stof, der blev opdaget i 1995, hvor han modtog Nobelprisen i fysik i 2001. Selv om det har længe været kendt, at denne metode forvirrer tusindvis af atomer samtidig, at ingen har endnu ikke vist, at en metode, der vil tillade dig at gøre det. Stadig.
Forskere, der har gennemført en ny undersøgelse viste, at disse skyer kan inddeles i grupper, og mellem de atomer, der vil forblive i quantum kommunikation. Hvordan gjorde de det? Udgivet atomer fra en begrænset plads og brugte en laser til at bryde dem og måle egenskaberne af de enkelte dele af en stor sky.
Forskere tyder på, at de metoder, der udvikles, kan blive udvidet, således at hvert atom i skyen for at bruges uafhængigt af hinanden. Og hvis dette kan gøres, for quantum computing det ville være lige fantastisk. I digital design, de oplysninger, som er behandlet i form af nuller og ettaller, eller bits. I quantum til at erstatte dem, kommer de qubits. Den nuværende rekord for antallet af arbejdsdage, qubits i filtret ioner (ladede atomer) kun 20, så tusindvis af qubits, som samtidig opererer i skyen, vil udgøre en stor præstation.
Et andet område, der vil få gavn af dette gennembrud — Metrologi er videnskaben om præcise målinger. Når to partikler eller systemer, der dannes forvirring, målinger foretaget på den ene halvdel, afsløre oplysninger om de andre. Dette gør det muligt at måle de parametre, der med større følsomhed, end det ville være muligt på anden måde. Forvirring, der anvendes på denne måde kan forbedre nøjagtigheden af atomure og GPS (global positioning system) eller bistå i produktionen af mere følsomme detektorer til MR maskiner, for eksempel.
Den forståelse og brug af kvantemekaniske effekter, som forvirring, vil skabe nye teknologiske kapaciteter, der vil overgå vores moderne. Hvorfor så megen opmærksomhed er givet til forskning inden for kvante-teknologi, og hvorfor det er så vigtigt gennembrud på dette område.
Quantum fysik kunne forvirre den sky af atomer. Hvordan er dette muligt?
Ilya Hel