Fysikere opdager hemmeligheden bag kvantefjernbetjening

Teleportation er et af de mere ekstraordinære fænomener i kvanteverdenen. Det giver et kvanteobjekt, såsom en foton eller elektron, mulighed for at rejse fra et sted til et andet uden at passere gennem mellemrummet.

Teleportering er en standardprocedure i ethvert anstændigt kvantemekaniklaboratorium. Fysikere bruger det på daglig basis til kvantekommunikation og kvanteberegning.

Hvis det lyder eksotisk, har du ikke set noget endnu; teleportering er ved at blive meget mærkeligere. Det skyldes, at fysikere indtil nu kun har været i stand til at teleportere enkelte partikler, en ad gangen. I dag siger Christine Muschik på Mediterranean Technology Park i Barcelona og en flok kammerater, at de har fundet ud af, hvordan man teleporterer kvanteting kontinuerligt.

Det vil give dem mulighed for at manipulere en kvantepartikel, mens de ser virkningerne opstå i en anden partikel et andet sted. Det er i det væsentlige kvantefjernbetjening.

Den grundlæggende opsætning er en ligetil udvidelse af traditionel teleportering. Dette er muligt på grund af et mærkeligt kvantefænomen kendt som sammenfiltring, som opstår, når to kvantepartikler er så dybt forbundet, at de deler den samme eksistens.

I matematiske termer er begge partikler beskrevet af en enkelt bølgefunktion. Så enhver manipulation af en partikel påvirker automatisk den anden med det samme, uanset afstanden mellem dem.

Teleportation opstår, når den første af disse sammenfiltrede partikler interagerer med en anden kvantepartikel, lad os kalde det X. Denne interaktion påvirker øjeblikkeligt tilstanden af ​​den anden sammenfiltrede partikel.

Det trick, som fysikere har perfektioneret, er at arrangere denne interaktion, så den anden sammenfiltrede partikel ender i samme tilstand som kvantepartikelen kaldet X. Dette er ikke bare en meget ens tilstand, det er en identisk tilstand - ingen måling kunne skelne denne partikel fra det originale X. Når dette sker, er X blevet teleporteret.

Den nye teknik fungerer på samme måde. Først skaber fysikere et par sammenfiltrede partikler. De placerer derefter en partikel i et varierende magnetfelt for at påvirke dens tilstand.

Det nye trick, som de har opdaget, er at arrangere dette eksperiment, så manipulation af den første partikel får tilstanden af ​​dens sammenfiltrede partner til at ændre sig på samme måde.

Med andre ord bruger de magnetfeltet i et område af rummet til kontinuerligt at kontrollere tilstanden af ​​en partikel et andet sted i rummet. Eller som Muschick og co udtrykte det: Vi viser, hvordan evnen til at udføre kvanteoperationer kontinuerligt og deterministisk kan udnyttes til at inducere ikke-lokal dynamik mellem to separate parter.

Den nye teknik er baseret på et subtilt trick. Fysikere har længe vidst, at sammenfiltring er en skrøbelig ting - en måling på et af parret ødelægger forbindelsen mellem dem, hvilket er grunden til, at fysikere kun har været i stand til at teleportere enkelte partikler, en ad gangen.

Dette er faktisk et generelt problem i kvanteverdenen – nys, og du ødelægger kvantenaturen af ​​det system, du studerer.

I de senere år har fysikere imidlertid opdaget, hvordan man manipulerer kvanteobjekter uden at ødelægge deres kvantenatur. Tricket er at skubbe dem meget forsigtigt. At gøre dette kontinuerligt producerer til sidst en betydelig ændring, mens systemets kvantekarakteristika bevares.

Det gennembrud, som Muschik og co har lavet, er at finde ud af, hvordan man udfører den samme slags blide skub på et sammenfiltret system, noget der umiddelbart fører til kvantefjernbetjening.

Det er en interessant og potentielt vigtig udvikling med én advarsel - det nye arbejde er helt teoretisk. Der ser dog ikke ud til at være nogen grund til, at kvantefjernbetjening ikke kunne prøves i et anstændigt kvanteoptiklaboratorium lige nu. Forskellige medlemmer af dette team har faktisk adgang til præcis den slags faciliteter, der kunne bruges til at teste ideen.

Det er svært at tro, at disse fyre ikke har brugt et par timer på at rode med spejle og linseklude i et forsøg på at få dette til at fungere. Så måske kan vi være rimeligt optimistiske med hensyn til at se eksperimentel verifikation før snarere end senere.

Et mere interessant spørgsmål er, hvilken brug quantum fjernbetjening kan vise sig at være. Evnen til at kontrollere tilstanden af ​​kvanteobjekter på afstand burde have enorme applikationer. Måske vil læsere af denne blog være interesseret i at foreslå et par af dem i kommentarfeltet nedenfor.

Ref: arxiv.org/abs/1304.0319 : Kvanteteleportering af dynamik og effektive interaktioner mellem fjernsystemer

skjule