Objev kvantového zapletení je revolučním krokem vpřed • Earth.com

Tým výzkumníků z Laboratoře strukturovaného světla v… University of WitwatersrandJižní Afrika dosáhla významného pokroku, pokud jde o kvantové zapletení.

Pod vedením profesora Andrewa Forbese ve spolupráci s renomovaným smyčcovým vědcem Robertem de Mello Kochem, který je nyní v Univerzita Huzhou V Číně tým úspěšně demonstroval nový způsob manipulace s kvantově provázanými částicemi, aniž by se změnily jejich vnitřní vlastnosti.

Tento čin představuje obrovský krok v našem chápání a aplikaci kvantového zapletení.

Topologie v kvantovém provázání

„Dosáhli jsme toho propletením dvou identických fotonů a přiřazením společné vlnové funkce,“ vysvětluje Pedro Ornelas, magisterský student a hlavní autor studie. „Tento proces objasňuje jejich kolektivní strukturu neboli topologii, pouze když jsou považovány jediná entita.“

Tento experiment se točí kolem konceptu kvantového zapletení, které je označováno jako „strašidelná akce na dálku“, kde částice vzájemně ovlivňují své stavy, i když jsou od sebe vzdálené obrovské vzdálenosti.

V tomto kontextu hraje klíčovou roli topologie. Zajišťuje zachování určitých vlastností, stejně jako to, jak jsou šálek kávy a kobliha topologicky ekvivalentní díky jejich jedinému, neměnnému otvoru.

„Naše provázané fotony jsou podobné,“ vysvětluje profesor Forbes. „Jejich zapletení je flexibilní, ale některé vlastnosti zůstávají konstantní.“

Studie se konkrétně zaměřuje na topologii Skyrmionu, koncept, který představil Tony Skyrmion v 80. letech. V tomto scénáři se topologie týká obecné vlastnosti, která zůstává nezměněna, jako je textura látky, bez ohledu na to, jak se s ní zachází.

Aplikace kvantového provázání

Skyrmiony, které byly původně studovány v magnetických materiálech, tekutých krystalech a jejich optických protějšcích, byly chváleny ve fyzice kondenzovaných látek pro svou stabilitu a potenciál v technologii ukládání dat.

„Naším cílem je dosáhnout podobných transformačních efektů s našimi kvantově propletenými skyrmiony,“ dodává Forbes. Na rozdíl od předchozího výzkumu, který omezoval umístění Skyrmionů na jediný bod, tato studie představuje změnu paradigmatu.

Jak říká Ornelas: „Nyní chápeme, že topologie, tradičně chápaná jako lokální, může být ve skutečnosti nelokální, sdílená mezi prostorově oddělenými entitami.“

V souladu s tím tým navrhuje použít topologii jako klasifikační systém pro provázané stavy. Dr. Ishaq Naib, spoluřešitel, to přirovnává k abecedě zamotaných států.

„Stejně jako rozlišujeme pole a koblihy podle jejich děr, lze naše kvantové skyrmiony klasifikovat podle jejich topologických vlastností,“ vysvětluje.

Klíčové myšlenky a budoucí výzkum

Tento objev otevírá dveře novým kvantovým komunikačním protokolům, které využívají topologii jako prostředek pro zpracování kvantových informací.

Takové protokoly by mohly způsobit revoluci v tom, jak jsou informace kódovány a přenášeny v kvantových systémech, zejména ve scénářích, kde tradiční metody šifrování selhávají kvůli minimálnímu zapletení.

Základem je, že význam tohoto výzkumu spočívá v možnosti jeho aplikace v terénu. Udržování propojených států bylo po desetiletí velkou výzvou.

Zjištění týmu naznačují, že topologie může zůstat nedotčená, i když se zapletení rozpadne, což poskytuje nový šifrovací mechanismus pro kvantové systémy.

Profesor Forbes uzavírá výhledové prohlášení: „Nyní jsme připraveni definovat nové protokoly a prozkoumat širokou škálu nelokálních kvantových stavů, což by mohlo způsobit revoluci v tom, jak přistupujeme ke kvantové komunikaci a zpracování informací.“

Více o kvantovém provázání

Jak bylo diskutováno výše, kvantové zapletení je fascinující a komplexní fenomén ve světě kvantové fyziky.

Je to fyzikální proces, ve kterém páry nebo skupiny částic vytvářejí, interagují nebo sdílejí prostorovou blízkost takovým způsobem, že kvantový stav každé částice nelze popsat nezávisle na stavu ostatních částic, i když jsou částice odděleny velká vzdálenost. .

Objev a historické souvislosti

Kvantové zapletení poprvé teoretizovali v roce 1935 Albert Einstein, Boris Podolsky a Nathan Rosen. Navrhli Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) paradox, zpochybňující úplnost kvantové mechaniky.

Einstein skvěle odkazoval na zapletení jako na „strašidelnou akci na dálku“, čímž vyjádřil nepohodlí s myšlenkou, že částice se mohou okamžitě navzájem ovlivňovat na obrovské vzdálenosti.

Principy kvantového provázání

Jádrem kvantového zapletení je koncept superpozice. V kvantové mechanice existují částice, jako jsou elektrony a fotony, ve stavu superpozice, což znamená, že mohou být ve více stavech současně.

Když se zapletou dvě částice, jsou ve vzájemném vztahu takovým způsobem, že stav jedné (ať už jde o rotaci, polohu, hybnost nebo polarizaci) okamžitě souvisí se stavem druhé, bez ohledu na to, jak daleko jsou od sebe.

Kvantové zapletení do výpočetní techniky a komunikací

Kvantové provázání zpochybňuje klasické představy o fyzikálních zákonech. Ukazuje, že informace mohou být přenášeny rychleji, než je rychlost světla, což je v rozporu s Einsteinovou teorií relativity.

To však neznamená, že se okamžitě přenášejí použitelné informace, což by porušilo kauzalitu; Spíše to implikuje hluboce zakořeněné vzájemné propojení na kvantové úrovni.

Jedna z nejzajímavějších aplikací kvantového provázání je v oblasti kvantových počítačů. Kvantové počítače využívají zapletené stavy k provádění složitých výpočtů rychlostí, které klasické počítače nedosahují.

V kvantové komunikaci je zapletení klíčem k vývoji vysoce bezpečných komunikačních systémů, jako je kvantová kryptografie a kvantová distribuce klíčů, které jsou teoreticky imunní vůči hackerům.

Empirické ověření a současný výzkum

Od svého teoretického počátku bylo kvantové zapletení několikrát experimentálně prokázáno, což podtrhuje jeho podivnou a kontraintuitivní povahu.

Nejznámější jsou Bellovy testovací experimenty, které poskytly důležité důkazy proti místním skrytým teoriím proměnných a ve prospěch kvantové mechaniky.

Stručně řečeno, kvantová provázanost, základní kámen kvantové mechaniky, zůstává předmětem intenzivního výzkumu a debat. Jeho záhadná povaha zpochybňuje naše chápání fyzického světa a otevírá cestu pro potenciálně revoluční vývoj v technologii.

Jak výzkum pokročí, možná najdeme pro tento podivný jev praktičtější aplikace, odhalující další tajemství kvantového vesmíru.

Celá studie byla publikována v časopise Přírodní fotonika.

—–

Jako to, co jsem četl? Přihlaste se k odběru našeho newsletteru a získejte poutavé články, exkluzivní obsah a nejnovější aktualizace.

Navštivte nás na EarthSnap, bezplatné aplikaci, kterou vám přináší Eric Ralls a Earth.com.

—–