Pētnieku komanda no Strukturētās gaismas laboratorijas… Vitvotersrandas UniversitāteDienvidāfrika ir panākusi ievērojamu progresu kvantu sapīšanās jomā.
Profesora Endrjū Forbesa vadībā sadarbībā ar slaveno stīgu zinātnieku Robertu de Mello Kohu, kurš tagad plkst. Hudžou universitāte Ķīnā komanda veiksmīgi demonstrēja jaunu veidu, kā manipulēt ar kvantu sapinušajām daļiņām, nemainot to raksturīgās īpašības.
Šis varoņdarbs ir milzīgs solis mūsu izpratnē un kvantu sapīšanās pielietošanā.
Topoloģija kvantu sapīšanās
“Mēs to panācām, sapinoties diviem identiskiem fotoniem un piešķirot tiem kopīgu viļņu funkciju,” skaidro Pedro Ornelass, maģistrants un pētījuma vadošais autors. “Šis process padara to kolektīvo struktūru jeb topoloģiju skaidru tikai tad, ja tos uzskata par viena vienība.”
Šis eksperiments griežas ap kvantu sapīšanās jēdzienu, ko dēvē par “baidīgu darbību attālumā”, kur daļiņas ietekmē viena otras stāvokļus, pat ja tās atdala milzīgi attālumi.
Topoloģijai šajā kontekstā ir izšķiroša loma. Tas nodrošina noteiktu īpašību saglabāšanu, tāpat kā kafijas krūze un virtulis ir topoloģiski līdzvērtīgas to vienotā, nemainīgā cauruma dēļ.
“Mūsu sapinušies fotoni ir līdzīgi,” skaidro profesors Forbess. “Viņu sapīšanās ir elastīga, taču dažas īpašības paliek nemainīgas.”
Pētījumā īpaši aplūkota Skyrmion topoloģija — jēdziens, ko Tonijs Skyrmions ieviesa 1980. gados. Šajā scenārijā topoloģija attiecas uz vispārēju īpašību, kas paliek nemainīga, piemēram, auduma tekstūru neatkarīgi no tā, kā tā tiek apstrādāta.
Kvantu sapīšanās pielietojumi
Skyrmions, kas sākotnēji tika pētīti magnētiskos materiālos, šķidrajos kristālos un to optiskajos ekvivalentos, kondensēto vielu fizikā ir slavēti par to stabilitāti un potenciālu datu uzglabāšanas tehnoloģijā.
“Mūsu mērķis ir panākt līdzīgus pārveidojošus efektus ar mūsu kvantu sapītiem skyrmioniem,” piebilst Forbes. Atšķirībā no iepriekšējiem pētījumiem, kas ierobežoja Skyrmions atrašanās vietu līdz vienam punktam, šis pētījums parāda paradigmas maiņu.
Kā saka Ornelass: “Tagad mēs saprotam, ka topoloģija, kas tradicionāli tiek uzskatīta par lokālu, patiesībā var būt nelokāla, dalīta starp telpiski atdalītām entītijām.”
Attiecīgi komanda ierosina izmantot topoloģiju kā sapinušo stāvokļu klasifikācijas sistēmu. Dr. Ishaq Naib, līdzpētnieks, salīdzina to ar samezglotu stāvokļu alfabētu.
“Tāpat kā mēs atšķiram laukus un donuts pēc to caurumiem, mūsu kvantu skyrmionus var klasificēt pēc to topoloģiskām iezīmēm,” viņš skaidro.
Galvenās idejas un turpmākie pētījumi
Šis atklājums paver durvis jauniem kvantu komunikācijas protokoliem, kas izmanto topoloģiju kā kvantu informācijas apstrādes līdzekli.
Šādi protokoli varētu mainīt to, kā informācija tiek kodēta un pārsūtīta kvantu sistēmās, jo īpaši gadījumos, kad tradicionālās šifrēšanas metodes neizdodas minimālas sapīšanās dēļ.
Galvenais ir tas, ka šī pētījuma nozīme ir iespēja to izmantot uz vietas. Gadu desmitiem ilgi saistītu valstu uzturēšana ir bijusi liela problēma.
Komandas atklājumi liecina, ka topoloģija var palikt neskarta pat tad, ja sapīšanās samazinās, nodrošinot jaunu kvantu sistēmu šifrēšanas mehānismu.
Profesors Forbes nobeidz ar uz nākotni vērstu paziņojumu, sakot: “Tagad mēs esam gatavi definēt jaunus protokolus un izpētīt plašo nelokālo kvantu stāvokļu ainavu, kas varētu mainīt to, kā mēs pieejam kvantu komunikācijai un informācijas apstrādei.”
Vairāk par kvantu sapīšanu
Kā minēts iepriekš, kvantu sapīšanās ir aizraujoša un sarežģīta parādība kvantu fizikas pasaulē.
Tas ir fizisks process, kurā daļiņu pāri vai grupas rada, mijiedarbojas vai dala telpisko tuvumu tādā veidā, ka katras daļiņas kvantu stāvokli nevar aprakstīt neatkarīgi no pārējo daļiņu stāvokļa, pat ja daļiņas ir atdalītas ar liels attālums. .
Atklājums un vēsturiskais konteksts
Pirmo reizi kvantu sapīšanās teoriju 1935. gadā izvirzīja Alberts Einšteins, Boriss Podoļskis un Neitans Rozens. Viņi ierosināja Einšteina-Podoļska-Rozena (EPR) paradoksu, apšaubot kvantu mehānikas pilnīgumu.
Einšteins pazīstami dēvēja sapinšanos kā “baidīgu darbību no attāluma”, paužot diskomfortu ar domu, ka daļiņas var acumirklī ietekmēt viena otru lielos attālumos.
Kvantu sapīšanās principi
Kvantu sapīšanās pamatā ir superpozīcijas jēdziens. Kvantu mehānikā tādas daļiņas kā elektroni un fotoni eksistē superpozīcijas stāvoklī, kas nozīmē, ka tās var atrasties vairākos stāvokļos vienlaicīgi.
Kad divas daļiņas ir sapinušās, tās ir saistītas tādā veidā, ka vienas stāvoklis (vai tas būtu griešanās, pozīcija, impulss vai polarizācija) ir uzreiz saistīts ar otras daļiņas stāvokli neatkarīgi no tā, cik tālu tās atrodas.
Kvantu sapīšanās skaitļošanā un sakaros
Kvantu sapīšanās izaicina klasiskos fizisko likumu priekšstatus. Tas norāda, ka informāciju var pārraidīt ātrāk par gaismas ātrumu, kas ir pretrunā ar Einšteina relativitātes teoriju.
Tomēr tas nenozīmē, ka izmantojama informācija tiek nodota nekavējoties, kas pārkāptu cēloņsakarību; Drīzāk tas nozīmē dziļi iesakņojušos savstarpējo saistību kvantu līmenī.
Viens no aizraujošākajiem kvantu sapīšanās pielietojumiem ir kvantu skaitļošanas jomā. Kvantu datori izmanto sapinušies stāvokļus, lai veiktu sarežģītus aprēķinus ar ātrumu, ko nevar sasniegt ar klasiskajiem datoriem.
Kvantu sakaros sapīšanās ir atslēga, lai izstrādātu ļoti drošas sakaru sistēmas, piemēram, kvantu kriptogrāfiju un kvantu atslēgu sadali, kas teorētiski ir imūnas pret uzlaušanu.
Empīriskā validācija un pašreizējie pētījumi
Kopš tās teorētiskās pirmsākumiem kvantu sapīšanās ir eksperimentāli pierādīta vairākas reizes, uzsverot tās dīvaino un pretintuitīvo raksturu.
Slavenākie ir Bell testa eksperimenti, kas sniedza svarīgus pierādījumus pret vietējām slēpto mainīgo teorijām un par labu kvantu mehānikai.
Īsāk sakot, kvantu sapīšanās, kvantu mehānikas stūrakmens, joprojām ir intensīvu pētījumu un diskusiju priekšmets. Tās mulsinošais raksturs izaicina mūsu izpratni par fizisko pasauli un paver ceļu potenciāli revolucionārai tehnoloģiju attīstībai.
Pētījumiem attīstoties, mēs varam atrast praktiskākus pielietojumus šai dīvainajai parādībai, atklājot vairāk kvantu Visuma noslēpumu.
Pilns pētījums tika publicēts žurnālā Dabas fotonika.
—–
Patīk tas, ko es lasīju? Abonējiet mūsu biļetenu, lai iegūtu aizraujošus rakstus, ekskluzīvu saturu un jaunākos atjauninājumus.
Apmeklējiet mūs EarthSnap — bezmaksas lietotnē, ko jums piedāvā Ēriks Ralls un Earth.com.
—–
