Tím výskumníkov z Laboratória štruktúrovaného svetla v… Univerzita vo WitwatersrandeJužná Afrika urobila významný pokrok, pokiaľ ide o kvantové zapletenie.

Pod vedením profesora Andrewa Forbesa v spolupráci s renomovaným strunový vedec Robert de Mello Koch, ktorý je teraz v Univerzita Huzhou V Číne tím úspešne demonštroval nový spôsob manipulácie s kvantovými zapletenými časticami bez zmeny ich vnútorných vlastností.

Tento čin predstavuje obrovský krok v našom chápaní a aplikácii kvantového zapletenia.

Topológia v kvantovom prepletení

„Dosiahli sme to prepletením dvoch identických fotónov a priradením spoločnej vlnovej funkcie,“ vysvetľuje Pedro Ornelas, študent magisterského štúdia a hlavný autor štúdie. „Tento proces objasňuje ich kolektívnu štruktúru alebo topológiu iba vtedy, keď sa považujú za jediná entita“.

Tento experiment sa točí okolo konceptu kvantového zapletenia, ktorý sa označuje ako „strašidelná akcia na diaľku“, kde častice navzájom ovplyvňujú stavy, aj keď sú oddelené obrovskými vzdialenosťami.

Topológia hrá v tomto kontexte kľúčovú úlohu. Zabezpečuje zachovanie určitých vlastností, tak ako sú šálka kávy a šiška topologicky ekvivalentné vďaka ich jedinej, nemennej diere.

„Naše zapletené fotóny sú podobné,“ vysvetľuje profesor Forbes. „Ich zapletenie je flexibilné, ale niektoré vlastnosti zostávajú konštantné.“

Štúdia sa konkrétne zameriava na topológiu Skyrmionu, koncept, ktorý predstavil Tony Skyrmion v 80. rokoch. V tomto scenári sa topológia vzťahuje na všeobecnú vlastnosť, ktorá zostáva nezmenená, ako je napríklad textúra látky, bez ohľadu na to, ako sa s ňou zaobchádza.

Aplikácie kvantového previazania

Skyrmiony, ktoré boli pôvodne študované v magnetických materiáloch, tekutých kryštáloch a ich optických náprotivkoch, boli chválené vo fyzike kondenzovaných látok pre ich stabilitu a potenciál v technológii ukladania dát.

„Naším cieľom je dosiahnuť podobné transformačné efekty s našimi kvantovo zapletenými skyrmionmi,“ dodáva Forbes. Na rozdiel od predchádzajúceho výskumu, ktorý obmedzil umiestnenie Skyrmiónov na jeden bod, táto štúdia predstavuje zmenu paradigmy.

Ako hovorí Ornelas: „Teraz chápeme, že topológia, tradične vnímaná ako lokálna, môže byť v skutočnosti nelokálna, zdieľaná medzi priestorovo oddelenými entitami.“

V súlade s tým tím navrhuje použiť topológiu ako klasifikačný systém pre zamotané stavy. Dr. Ishaq Naib, spoluvýskumník, to prirovnáva k abecede zamotaných stavov.

„Rovnako ako rozlišujeme polia a šišky podľa ich dier, aj naše kvantové skyrmióny možno klasifikovať podľa ich topologických vlastností,“ vysvetľuje.

Kľúčové myšlienky a budúci výskum

Tento objav otvára dvere novým kvantovým komunikačným protokolom, ktoré využívajú topológiu ako prostriedok na spracovanie kvantových informácií.

Takéto protokoly by mohli spôsobiť revolúciu v tom, ako sa informácie kódujú a prenášajú v kvantových systémoch, najmä v scenároch, kde tradičné metódy šifrovania zlyhajú kvôli minimálnemu zapleteniu.

Základom je, že dôležitosť tohto výskumu spočíva v možnosti jeho aplikácie v teréne. Udržanie vzájomne prepojených štátov bolo už desaťročia veľkou výzvou.

Zistenia tímu naznačujú, že topológia môže zostať nedotknutá, aj keď sa zapletenie rozpadne, čo poskytuje nový šifrovací mechanizmus pre kvantové systémy.

Profesor Forbes uzatvára výhľadové vyhlásenie: „Teraz sme pripravení definovať nové protokoly a preskúmať širokú škálu nelokálnych kvantových stavov, čo by mohlo spôsobiť revolúciu v tom, ako pristupujeme ku kvantovej komunikácii a spracovaniu informácií.“

Viac o kvantovom prepletení

Ako je uvedené vyššie, kvantové zapletenie je fascinujúci a zložitý jav vo svete kvantovej fyziky.

Je to fyzikálny proces, v ktorom páry alebo skupiny častíc vytvárajú, interagujú alebo zdieľajú priestorovú blízkosť takým spôsobom, že kvantový stav každej častice nemožno opísať nezávisle od stavu ostatných častíc, aj keď sú častice oddelené veľká vzdialenosť. .

Objav a historický kontext

Kvantové zapletenie prvýkrát teoretizovali v roku 1935 Albert Einstein, Boris Podolsky a Nathan Rosen. Navrhli paradox Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), ktorý spochybňuje úplnosť kvantovej mechaniky.

Einstein slávne nazval zapletenie ako „strašidelné pôsobenie na diaľku“, čím vyjadril nepohodlie s myšlienkou, že častice sa môžu okamžite navzájom ovplyvňovať na veľké vzdialenosti.

Princípy kvantového previazania

Jadrom kvantového zapletenia je koncept superpozície. V kvantovej mechanike existujú častice, ako sú elektróny a fotóny, v stave superpozície, čo znamená, že môžu byť vo viacerých stavoch súčasne.

Keď sú dve častice zapletené, sú spojené takým spôsobom, že stav jednej (či už je to rotácia, poloha, hybnosť alebo polarizácia) okamžite súvisí so stavom druhej, bez ohľadu na to, ako ďaleko sú od seba.

Kvantové zapletenie do výpočtovej techniky a komunikácie

Kvantové zapletenie spochybňuje klasické predstavy fyzikálnych zákonov. To naznačuje, že informácie sa môžu prenášať rýchlejšie ako rýchlosť svetla, čo je v rozpore s Einsteinovou teóriou relativity.

To však neznamená, že sa okamžite prenášajú použiteľné informácie, čím by sa porušila kauzalita; Skôr to znamená hlboko zakorenenú vzájomnú prepojenosť na kvantovej úrovni.

Jedna z najzaujímavejších aplikácií kvantového zapletenia je v oblasti kvantových výpočtov. Kvantové počítače využívajú zapletené stavy na vykonávanie zložitých výpočtov pri rýchlostiach, ktoré klasické počítače nedokážu dosiahnuť.

V kvantovej komunikácii je zapletenie kľúčom k vývoju vysoko bezpečných komunikačných systémov, ako je kvantová kryptografia a kvantová distribúcia kľúčov, ktoré sú teoreticky imúnne voči hackingu.

Empirické overenie a súčasný výskum

Od svojho teoretického počiatku bolo kvantové zapletenie niekoľkokrát experimentálne dokázané, čo podčiarkuje jeho zvláštnu a kontraintuitívnu povahu.

Najznámejšie sú Bellove testovacie experimenty, ktoré poskytli dôležité dôkazy proti miestnym skrytým teóriám premenných a v prospech kvantovej mechaniky.

Stručne povedané, kvantové zapletenie, základný kameň kvantovej mechaniky, zostáva predmetom intenzívneho výskumu a diskusie. Jeho záhadná povaha spochybňuje naše chápanie fyzického sveta a otvára cestu pre potenciálne revolučný vývoj v technológii.

Ako výskum napreduje, možno nájdeme praktickejšie aplikácie pre tento zvláštny jav, čím sa odomknú ďalšie tajomstvá kvantového vesmíru.

Celá štúdia bola uverejnená v časopise Prírodná fotonika.

—–

Ako to, čo som čítal? Prihláste sa na odber nášho bulletinu a získajte zaujímavé články, exkluzívny obsah a najnovšie aktualizácie.

Navštívte nás na EarthSnap, bezplatnej aplikácii, ktorú vám prinášajú Eric Ralls a Earth.com.

—–