Eksperyment uzyskuje splątanie sześciu fal świetlnych za pomocą jednego lasera

154th Knowledge Seekers Workshop January 12, 2017 Napisy PL (Lipiec 2019).

Anonim

Austriacki fizyk Erwin Schrödinger (1887-1961), jeden z gigantów współczesnej nauki, uznał splątanie za najciekawszą właściwość mechaniki kwantowej. Jego zdaniem to właśnie to zjawisko naprawdę odróżniało świat kwantowy od świata klasycznego. Splątanie występuje wtedy, gdy grupy cząsteczek lub fal są tworzone lub współdziałają w taki sposób, że stan kwantowy każdej cząstki lub fali nie może być opisany niezależnie od innych, niezależnie od tego, gdzie są. Eksperymenty przeprowadzone w Instytucie Fizyki Uniwersytetu w São Paulo (IF-USP) w Brazylii umożliwiły splątanie sześciu fal świetlnych generowanych przez proste laserowe źródło światła, znane jako optyczny oscylator parametryczny.

Artykuły na temat tych eksperymentów zostały opublikowane w Physical Review Letters and Physical Review A. Eksperymenty są wyróżnione w specjalnej wiadomości publikowanej online.

"Nasza platforma jest zdolna do generowania ogromnego splątania wielu modów optycznych o różnych, ale dobrze zdefiniowanych częstotliwościach, jak gdyby łączyła węzły dużej sieci, tak wytworzone w ten sposób stany kwantowe mogą być kontrolowane przez pojedynczy parametr: moc zewnętrznego laser, który pompuje system "- powiedział Marcelo Martinelli, jeden z koordynatorów eksperymentów. Martinelli jest profesorem IF-USP i głównym badaczem projektu.

"Splątanie jest właściwością, która wymaga kwantowych korelacji między różnymi systemami" - powiedział Martinelli. "Te korelacje są głównym atutem, który może sprawić, że komputery kwantowe będą lepsze od tradycyjnych komputerów elektronicznych podczas wykonywania zadań takich jak symulacje lub faktoring liczb pierwszych, co jest kluczową operacją dla bezpieczeństwa danych w dzisiejszym świecie. Z tego powodu tworzenie systemów z wieloma splątanymi komponentami jest ważnym wyzwaniem we wdrażaniu idei kwantowej teorii informacji. "

Szybsze przetwarzanie

W poprzednich badaniach zespół IF-USP splątał dwa i trzy tryby za pomocą optycznego oscylatora parametrycznego. Najnowsze eksperymenty podwajają przestrzeń dostępną do zakodowania informacji.

Idea ta jest łatwiejsza do zrozumienia dzięki analogii. Bit klasyczny to system dwustanowy, który może być w jednym stanie w danym momencie - zero lub jeden. To jest podstawa logiki binarnej. Kubit (bit kwantowy) może reprezentować jedną, zero lub dowolną superpozycję kwantową tych dwóch stanów, dzięki czemu może zakodować więcej informacji niż bit klasyczny.

Splot odpowiada nielokalnej korelacji kilku kubitów. Nonlokalność jest nieodłączną cechą przyrody i jedną z kluczowych różnic między fizyką kwantową a fizyką klasyczną, która rozpoznaje tylko lokalne korelacje. Martinelli wyjaśnił, jak ta ogólna zasada jest demonstrowana w eksperymentach. "Laser dostarcza całą energię dla procesu, wiązka światła wytwarzana przez ten laser uderza w kryształ i wytwarza dwa inne pola, które zachowują charakterystykę lasera: intensywne światło monochromatyczne o dobrze zdefiniowanych częstotliwościach. trzy intensywne pola, każde intensywne pole łączy parę bardzo słabych pól, tak że sześć pól jest sprzężonych z głównym polem, a korelacje między nimi są silniejsze niż korelacje, które są możliwe, jeśli użyte zostaną niezależne lasery.

Urządzenie, które generuje splątane stany - optyczny parametryczny oscylator - składa się z małego kryształka pomiędzy dwoma zwierciadłami. Kryształ ma 1 cm długości, a odległość między zwierciadłami jest mniejsza niż 5 cm. Ponieważ jednak chłodzenie jest warunkiem koniecznym dla tego procesu, kryształ i zwierciadła umieszcza się w aluminiowym pudełku w próżni, aby uniknąć kondensacji i zapobiec zamarznięciu systemu.

Informacje, które mogą być kodowane przez pojedynczą falę, są ograniczone przez zasadę nieoznaczoności. W tym przypadku amplituda i faza fal zachowują się jak analogi położenia i prędkości cząstek, zmiennych rozważanych przez Wernera Heisenberga (1901-76) w formułowaniu zasady.

"Dzięki splątaniu część informacji w poszczególnych falach jest tracona, ale globalna informacja w systemie jest zachowana we wspólnej formie" - powiedział Martinelli. "Dzielenie się oznacza, że ​​gdy obserwujemy pojedynczą falę, jesteśmy informowani o pozostałych pięciu w tym samym czasie. Każda wiązka trafia do detektora, a to rozłożenie informacji na niezależne jednostki zwiększa szybkość przetwarzania."

Sześć fal składa się z zestawu. Gdy informacje są uzyskiwane z jednej fali, informacje są uzyskiwane w całym systemie. Po zmianie ulega cały system.

menu
menu