Kvantefysikken kan forvirre sky av atomer. Hvordan er dette mulig?

The Quantum verden av atomer og partikler av den rare og fantastiske. På kvante-nivå partikler som kan trenge ugjennomtrengelige barrierer, og å være på to steder på samme tid. Imidlertid, den merkelige egenskaper av kvantemekanikken er ikke matematisk quirks, disse er reelle virkninger som kan observeres i laboratoriet igjen og igjen. En av de mest karakteristiske trekk av kvantemekanikk er "forviklinger". Innvevd partikler som forblir mystisk koblet på noe avstand. Og så de tre uavhengige Europeiske gruppe av forskere har klart å forvirre, ikke bare noen få partikler, som det gjorde før, og separat skyer av tusenvis av atomer. De har også funnet en måte å utnytte den teknologiske potensialet av deres prestasjoner.

Når partikler blir fanget, deler de egenskaper som gjør dem avhengige av hverandre, selv om de er atskilt av milliarder kilometer. Einstein kalte forviklinger "spooky action på avstand", fordi endringen av en enkelt partikkel i en forvirrende par det umiddelbart påvirker et par uavhengig av hvordan det er langt.

Hvordan å bruke quantum forviklinger?

Selv om forvirringen kan virke for noen magiske, eksperimenter har vist at det finnes for mange år. Og det kan også være svært nyttig — dermed forbundet partikler kan brukes til å overføre kvantetilstander av en partikkel, for eksempel spinn, fra ett sted til et annet umiddelbart (uendelig). De kan også hjelpe i å lagre enorme mengder med informasjon i et visst volum (superdense koding).

I Tillegg til muligheten til å lagre informasjon, forvirring kan også bidra til å koble til og kombinerer datamaskinens strøm-systemer i ulike deler av verden. Det er lett å forstå at dette gjør det til et viktig aspekt av quantum computing. En annen lovende retning er virkelig sikker kommunikasjon. Alt fordi ethvert forsøk på å gripe inn i systemet med innvevd partikler vil umiddelbart bryte forviklinger, noe som gjør åpenbare faktum av innbrudd i en kommunikasjonskanal.

Floke seg fotoner kan også brukes til å forbedre oppløsningen av imaging teknikker. Forskere fra University of Waterloo i dag håper å utvikle quantum radar som kan oppdage fly som stealth.

virvlene i kondensat av Bose — Einstein

Imidlertid distribusjon av teknologi på grunnlag av forviklinger er ikke så enkelt. Fordi forviklinger er en svært skjør fenomen. Eksperimenter med engasjement vanligvis produserer hvert par av partikler. Imidlertid, enkelt partikler med en presisjon vanskelig å oppdage, og de får ofte tapt eller er skjult i de omkringliggende støy. Så utfordringen er å sette dem i en tilstand av forvirring, manipulere dem til å utføre nyttige operasjoner, og til slutt bare bruke alt-det er utrolig vanskelig å trekke ut i praksis.

Quantum cloud

En Ny studie publisert i tre papirer i Vitenskapen, har ført til et betydelig gjennombrudd. I stedet for å ta individuelle partikler og forvirre dem inn i en, forskerne i gang med zwergholdrio gass — Montering av tusenvis av atomer. De er avkjølt nesten til temperaturen på absolutte nullpunkt.

Fengslet i et lite volum, atomer i denne skyen blir umulig å skille dem fra hverandre og danne en ny tilstand av materie kjent som en Bose kondensat — Einstein. Atomene i skyen begynner å jobbe sammen — nå er de forvirret. For første gang denne tilstand av materie ble oppdaget i 1995, som han fikk nobelprisen i fysikk i 2001. Selv om det har lenge vært kjent at denne metoden forvirrer tusenvis av atomer samtidig, ingen har ennå viste en metode som vil tillate deg å gjøre det. Inntil nå.

Forskerne som gjennomførte den nye studien viste at disse skyene kan bli delt inn i grupper og mellom atomene vil forbli for quantum kommunikasjon. Hvordan gjorde de det? Utgitt atomer fra et begrenset plass og brukt en laser for å bryte dem og måle egenskapene til enkelte deler av en stor sky.

Forskere tyder på at metodene som utvikles kan være utvidet slik at hvert atom i skyen, og brukes uavhengig av hverandre. Og hvis dette kan gjøres, for quantum computing-det ville være bare fantastisk. I digital databehandling, informasjonen er bearbeidet i form av nuller og enere, eller biter. I quantum å erstatte dem kommer qubits. Den nåværende rekorden for antall arbeider qubits i fanget ioner (ladde atomer), bare 20, så tusenvis av qubits, som samtidig opererer i skyen vil representere en stor prestasjon.

Et Annet område som vil dra nytte av dette gjennombruddet, — Måleteknikk, vitenskap nøyaktige målinger. Når to partikler eller systemer som dannet forvirring, målinger gjort på en halv, avdekke informasjon om de andre. Dette gjør det mulig å måle parametere med større følsomhet enn det ville være mulig ellers. Forvirring, brukes på denne måten kan forbedre nøyaktigheten av atomklokkene og GPS (global positioning system) eller bistå i produksjonen av mer følsomme detektorer for MR-maskiner, for eksempel.

Forståelse og bruk av quantum effekter, som forvirring, vil skape ny teknologi evner som vil overgå våre moderne. Hvorfor så mye oppmerksomhet er gitt til forskning i feltet av quantum teknologi og hvorfor det er så viktig at noen gjennombrudd på dette området.