Fysikere afgør kontroverser om identiske partikelsammenfiltringer

(Phys.org) – I en ny undersøgelse, fysikere har vist en måde at etablere reel sammenfiltring mellem to identiske partikler - et emne, der har været omstridt indtil nu. Resultaterne giver en bedre forståelse af den grundlæggende karakter af sammenfiltring mellem identiske partikler og har potentielle anvendelser i kvanteinformationsbehandling.

Et af de mange mærkelige træk ved kvantesammenfiltring er, at hvis to partikler er identiske, så ser de automatisk ud til at være viklet ind. I dette tilfælde, "identisk" betyder, at partiklerne er af samme type - f.eks. to fotoner betragtes som identiske, fordi der ikke er nogen måde at skelne en bestemt foton fra en anden.

Denne form for sammenfiltring, som fysikere kalder "sammenfiltring på grund af umulighed, " opstår på grund af den standard måde, at identiske partikler mærkes. Selvom partiklerne er identiske, fysikere tildeler dem forskellige etiketter for at adskille dem. På grund af den måde, hvorpå sammenfiltringen bestemmes, med hensyn til deres etiketter, identiske partikler ser uundgåeligt ud til at være viklet ind.

Selvom denne type sammenfiltring er anderledes end sammenfiltring mellem ikke-identiske partikler, der er uenighed blandt fysikere om, hvad det præcist er, og hvorvidt det er nyttigt til applikationer. I ét synspunkt, sammenfiltringen holder selv for fjerne partikler, men kan ikke udnyttes til praktisk brug. I et andet synspunkt, sammenfiltringen er simpelthen en artefakt af mærkning og bør egentlig slet ikke betragtes som sammenfiltring.

Ideelt set en passende måde at afgøre debatten på ville være at undersøge sammenfiltringen mellem identiske partikler ved hjælp af en proces kaldet Schmidt-nedbrydning, som almindeligvis bruges til at studere sammenfiltring mellem ikke-identiske partikler. Desværre, Schmidt-nedbrydning gælder ikke for identiske partikler på en ligetil måde, og dens brug på dette område har været kontroversiel og unøjagtig, giver åbenlyst forkerte resultater for identiske partikler.

Hovedresultatet af den nye undersøgelse er, at fysikerne har generaliseret Schmidt-nedbrydning, så den kan anvendes på identiske partikler lige så vel som ikke-identiske partikler.

"Resultaterne viser, at sammenfiltring mellem identiske partikler ikke blot er en matematisk artefakt, men det, under visse betingelser, sammenfiltringen på grund af umuligheden er ægte fysisk sammenfiltring, " medforfatter Rosario Lo Franco ved University of Palermo, Italien, fortalt Phys.org .

Når det anvendes på to identiske qubits, metoden viser, at i visse situationer, partikler kan kun blive fysisk viklet ind, når de er i umiddelbar nærhed, og ikke når rumligt adskilt, som det tidligere så ud.

"Nøglen til præstationen var at gøre op med standardpraksis med at tildele etiketter til identiske partikler, og i stedet for blot at beskrive partiklerne i form af deres tilstande, " sagde medforfatter Giuseppe Compagno ved University of Palermo.

Forskerne opdagede også et noget overraskende resultat for qutrits - tre-niveau partikler, der er relevante for lagring af kvanteinformation - der står i kontrast til et tidligere resultat ved hjælp af en anden metode. Forskerne sagde, at denne forskel kræver yderligere undersøgelse.

Samlet set, fysikerne forventer, at metoden giver en ny type sammenfiltringsressource til applikationer.

"I det tilfælde, hvor partikelbølgefunktionerne overlapper hinanden, sammenfiltring, der udelukkende skyldes udemærkelighed og afsløret direkte af Schmidt-nedbrydningen, kan bruges operationelt i protokoller for kvanteinformationsbehandling, " sagde Lo Franco. "Denne præstation kan først kræve en adskillelse af de identiske partikler som opnået ved de såkaldte ekstraktionsprocedurer."

© 2017 Phys.org