Vědci upřesňují recept na kvantově vylepšené technologie

Teal Scott - Otázky a Odpovědi 1.část (workshop) (Červen 2019).

Anonim

Americká výzkumná laboratoř armády a její partneři učinili průlom v pochopení struktury zapletení do kvantových systémů s interakcími na dlouhou vzdálenost.

Zapletení, říká vědci, je zásadním zdrojem, který lze využít pro ultra-bezpečné komunikace, "fantasticky přesné" měření, vynikající hodiny a další časomíry, stejně jako počítače s nebývalou silou.

Kvantová mechanika nebo fyzikální teorie, která řídí mikroskopický svět, předpovídají mnoho zvláštních a protichůdných chování, řekl fyzik ARL Dr. Michael Foss-Feig. "Jakkoli se to může zdát divné, je nepochybné, že jsou skutečné. Během 20. století byly předpovědi kvantové mechaniky testovány a ověřovány v mnoha experimentech na mikroskopických systémech, jako jsou jednotlivé atomy."

Foss-Feig poznamenal, že na počátku 21. století je jednou z nejzajímavějších hranic v kvantové fyzice ovládání tohoto podivného chování tak úplně, že může být vyloučen z makroskopických systémů, například ultra-studené plyny obsahující miliony atomů. Řekl, že pokud se to dá dosáhnout, bude následovat neočekávaná aplikace DOD.

Laboratoř spolupracovala se Společným kvantovým institutem a Caltech. Jejich průlom závisel na pochopení zvláštního chování známého jako kvantové zapletení.

V klasické fyzice není popsání stavu dvou objektů mnohem obtížnější než popis stavu jednoho objektu. "Například, pokud vy a já máme žárovku a chceme je popsat, mohli bychom říci, že" moje je a vaše je vypnuté ", a to by urovnalo věci. Ale pokud jsou tyto žárovky zapletené, být říkán, že je zapnutý nebo vypnutý, a v jistém smyslu může být každý současně i vypnutý ve stejnou dobu, "vysvětlil. "Namísto přiřazení každé žárovky určitému stavu" zapnuto "nebo" vypnuto "musíme popsat, jak je pravděpodobné, že máme každou možnou kombinaci" zapnuto "a" vypnuto "."

V makroskopických systémech sestávajících z mnoha kvantových objektů jsou důsledky zapletení hluboké, řekl.

Zatímco klasická strategie pro popis mnoha světelných žárovek je stále jednoduchá ("první je zapnuto, další je vypnuto, poslední je zapnuto"), musí být popsána sbírka zapletených žárovek tím, že bude přiřazena pravděpodobnost, mohou žárovky svítit. Vzhledem k tomu, že počet způsobů, jak může být mnoho žárovek zapnuto nebo vypnuto, roste velmi rychle (exponenciálně) s počtem žárovek, velké kvantové systémy obsahují mnohem více informací než srovnatelné klasické systémy. Toto zvláštní pozorování hraje klíčovou roli ve schopnosti velkých kvantových systémů provádět složité úkoly, ale také způsobuje hluboké potíže při popisu a předvídání jejich chování.

Snad nejhlubší náhled na zapletení v posledních několika desetiletích je, že příklad žárovky je často příliš naivní.

"Existuje ve skutečnosti struktura zjednodušující vzory zapletení, které se mohou vytvářet v" přiměřených "fyzických systémech, jako jsou ty, ve kterých částice reagují jen na krátké vzdálenosti, " uvedl Foss-Feig. "Tato struktura, nazývaná" oblastní zákon ", říká, že zapletení je místní majetek. Výsledkem je, že velké systémy - pokud se řídí územním zákonem - nejsou o tolik popsatelnější než malé systémy. chceme využít velkých kvantových systémů jako nástrojů pro provádění náročných úkolů, může jim pomoci vytvořit (alespoň mírně) "nepřiměřené". "

Foss-Feig řekl, že jedním z velmi přirozených způsobů, jak to udělat, je poskytnout kvantový systém s dlouhým dosahem.

"Například plyn molekul může být polarizován elektrickým polem tak, aby se vzájemně ovlivňoval na dlouhé vzdálenosti jako drobné elektrické dipóly, " řekl.

Ale jak dlouho musí být tato interakce předtím, než se systém osvobodí od oblasti zákona, je obtížná otázka, kterou společný výzkumný tým doufá, že na to odpoví.

V nedávném článku publikovaném v časopise Physical Review Letters vědci provedli důležitý první krok k odpovědi tím, že poskytli matematický důkaz, že systémy s dlouhým dosahem vzájemných vztahů stále dodržují oblastní zákony, pokud jsou interakce příliš dlouhé. Tato práce pomáhá zachytit nepolapitelnou linii, která diferencuje kvantové systémy, které mohou být efektivně popsány z těch, které nemohou. V budoucnu by autoři doufali, že využijí strukturu tohoto důkazu, aby lépe porozuměli minimálním složkám potřebným pro konstrukci kvantových systémů, které mají více (a složitější) zapletení.

menu
menu