211service.com
Quantum Zeno Effect tillader 'Interaktionsfri' skift
Kvante zeno-effekten er en af de mærkeligere og mere fascinerende konsekvenser af kvantemekanikken. Det tilbyder en overraskende og kontraintuitiv måde at kontrollere kvantesystemer, der ændrer sig fra en tilstand til en anden.
Det lyder nyttigt, men evnen til at udnytte kvante-zeno-effekten har hidtil unddraget fysikere. Nu siger Yu-Ping Huang og venner på Northwestern University i Evanston Illinois, at de har fundet ud af, hvordan man bruger kvante-zeno-effekten til at lave en interaktionsfri switch.
Først lidt mere om selve effekten. Forestil dig en foton i tilstand 0, som har en vis sandsynlighed for at henfalde til tilstand 1. Udfør nu en række periodiske målinger på fotonen. Mellem målingerne udvikler fotonen sig til en superposition 0 og 1 tilstande, og en måling vil få den til at kollapse til den ene eller den anden af disse.
Men hvis tiden mellem målingerne er lille, er chancerne for, at den kollapser og danner et 1 mindre end chancerne for, at den bliver et 0. Og hvis de periodiske målinger foretages hurtigt nok, har sandsynligheden for, at en måling producerer et 1, en tendens til til nul.
I virkeligheden forhindrer processen med gentagne målinger, at fotonen henfalder fra et 0 til et 1. Det er kvante-zeno-effekten, nogle gange også kaldet 'watched-pot-never-boils'-effekten.
Nu har Huang og co fundet på en ordning, der udnytter denne effekt til at skabe et skifte. Den grundlæggende idé er at tage en signalbølge i tilstand 0, som vil henfalde eller udvikle sig til en 1, når den passerer den gennem en ikke-lineær bølgeleder.
Huang og venner påpeger dog, at måling af bølgen vil forhindre denne udvikling. De siger, at de kan udføre denne måling ved at få signalbølgen til at interagere med en anden kontrolbølge.
Så tilstedeværelsen af kontrolbølgen fastholder signalbølgen i en 0-tilstand, mens fraværet af kontrolbølgerne får signalbølgen til at skifte til et 1. Og det er det: en helt optisk switch, der er interaktionsfri, fordi det er fraværet af kontrolbølgen, der forårsager skiftet.
Denne enheds potentiale er interessant, fordi den tilbyder en række vigtige fordele i forhold til konventionelle optiske switches. For det første bør denne type switch fungere ved ekstremt lav effekt, da der ikke er noget signaltab forbundet med omskiftningsprocessen. Det er i skærende kontrast til andre typer af switching, hvor optiske tab er en vigtig begrænsning af switchydeevne.
For det andet bevares kvantetilstanden af signalbølgen. Det er en biggie. Hvis denne form for switch virker i praksis, kan den blive hjertet i kvante-routere, der vil gøre en slags kvante-internet mulig.
Det er dog tidlige dage endnu. Huang og co har hidtil kun undersøgt egenskaberne ved deres enhed teoretisk, og andre er varme i hælene og muligvis foran dem.
Hvad der er sikkert er, at vi sandsynligvis vil høre meget mere støde på zeno-kontakter. Dette teams arbejde bliver finansieret af et projekt kaldet Zeno-Based Optoelectronics-programmet, der er oprettet af Defense Advanced Projects Agency. Dette papir er et af de første, der udkom det program. Rigtige enheder bør ikke være langt bagud.
Ref: arxiv.org/abs/1008.2408 : Interaktionsfri All-Optical Switching via Quantum-Zeno Effect