Fysikere viser, at ionpar udfører forbedret uhyggelig handling

Tilføjelse til stærke nylige demonstrationer om, at lyspartikler udfører det, Einstein kaldte "uhyggelig handling på afstand, "hvor to adskilte objekter kan have en forbindelse, der overstiger daglig erfaring, fysikere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har bekræftet, at stofpartikler også kan virke virkelig uhyggelige.

NIST -teamet viklede et par berylliumioner (ladede atomer) i en fælde, dermed forbinder deres egenskaber, og adskilte derefter parret og udførte en af ​​et sæt mulige manipulationer på hver ions egenskaber, før de blev målt. På tværs af tusindvis af løb, parrets måleresultater matchede i visse tilfælde, eller i andre tilfælde adskilte, oftere end hverdagens oplevelse ville forudsige. Disse stærke korrelationer er kendetegnende for kvanteindvikling.

Hvad mere er, statistiske beregninger viste, at ionparrene udviste et sjældent højt niveau af uhygge.

"Vi er overbeviste om, at ionerne er 67 procent uhyggelige, " sagde Ting Rei Tan, hovedforfatter til en ny Fysisk gennemgangsbreve papir om forsøgene.

Eksperimenterne var "lænket" Bell -test, hvilket betyder, at de var konstrueret ud fra en række mulige sæt manipulationer på to ioner. I modsætning til tidligere forsøg, disse var forbedrede Bell -test, hvor antallet af mulige manipulationer for hver ion blev valgt tilfældigt blandt sæt på mindst to og så mange som 15 valg.

Denne metode giver stærkere statistiske resultater end konventionelle Bell-tests. Det er fordi, efterhånden som antallet af muligheder for at manipulere hver ion vokser, chancen falder automatisk for, at ionerne opfører sig efter klassisk, eller ikke-kvantum, regler. Ifølge klassiske regler, alle objekter skal have bestemte "lokale" egenskaber og kan kun påvirke hinanden ved lysets hastighed eller langsommere. Klokketest har længe været brugt til at vise, at gennem kvantefysik, objekter kan bryde en eller begge af disse regler, demonstrerer uhyggelig handling.

Konventionelle Bell-tests producerer data, der er en blanding af lokal og uhyggelig handling. Perfekte lænkede Bell -tests kan, i teorien, bevise, at der ikke er nogen chance for lokal indflydelse. NIST -resultaterne faldt til en 33 procent chance for lokal indflydelse - lavere end konventionelle Bell -tests kan opnå, selvom det ikke er den laveste nogensinde rapporteret for en lænket test, Sagde Tan.

Imidlertid, NIST-eksperimentet slog ny vej ved at lukke to af tre "smuthuller", der kunne underminere resultaterne, den eneste lænkede Bell -test til at gøre dette ved hjælp af tre eller flere muligheder for at manipulere materialepartikler. Resultaterne er gode nok til at udlede den indviklede staters høje kvalitet ved hjælp af minimale antagelser om forsøget - en sjælden præstation, Sagde Tan.

Sidste år, en anden gruppe af NIST-forskere og samarbejdspartnere lukkede alle tre smuthuller i konventionelle Bell-tests med lyspartikler. De nye ionforsøg bekræfter igen, at uhyggelig handling er ægte.

"Rent faktisk, Jeg troede på kvantemekanik før dette eksperiment, " sagde Tan med et grin. "Vores motivation var, at vi prøvede at bruge dette eksperiment til at vise, hvor god vores fangede ion kvantecomputerteknologi er, og hvad vi kan gøre ved det. "

Forskerne brugte den samme ionfældeopsætning som i tidligere kvanteberegningsforsøg. Med dette apparat, forskere bruger elektroder og lasere til at udføre alle de grundlæggende trin, der er nødvendige for kvanteberegning, herunder forberedelse og måling af ioners kvantetilstande; transport af ioner mellem flere fældezoner; og skabe stabile kvantebits (qubits), qubit rotationer, og pålidelige to-qubit logiske operationer. Alle disse funktioner var nødvendige for at udføre de lænkede Bell-tests. Det forventes, at kvantecomputere en dag vil løse problemer, der i øjeblikket er umulige at simulere superledningsevne (strømmen af ​​elektricitet uden modstand) og bryde nutidens mest populære datakrypteringskoder.

I NIST's lænkede Bell -test, antallet af indstillinger (muligheder for forskellige manipulationer før måling) varierede fra to til 15. Manipulationerne virkede på ionernes interne energitilstande kaldet "spin up" eller "spin down". Forskerne brugte lasere til at rotere ionernes spind i bestemte vinkler før de endelige målinger.

Forskere udførte flere tusinde kørsler for hver indstilling og indsamlede to datasæt med seks måneders mellemrum. Målingerne bestemte ionernes spin -tilstande. Der var fire mulige endelige resultater:(1) begge ioner spin op, (2) første ion -spin op og anden ion -spin ned, (3) første ion spin ned og anden ion spin op, eller (4) begge ioner spinder ned. Forskere målte staterne baseret på, hvor meget ionerne fluorescerede eller spredte lys - lyst var spin -up og mørkt spin -down.

NIST -eksperimentet lukkede hullerne til detektering og hukommelse, som ellers kunne tillade almindelige klassiske systemer at virke uhyggelige.

Detektionshullet åbnes, hvis detektorer er ineffektive, og et undersæt af dataene bruges til at repræsentere hele datasættet. NIST-testene lukkede dette smuthul, fordi fluorescensdetektionen var tæt på 100 procent effektiv, og måleresultaterne for hvert forsøg i hvert forsøg blev registreret og brugt til at beregne resultater.

Hukommelseshulhullet åbnes, hvis man antager, at resultaterne af forsøgene er identisk fordelt, eller der ikke er eksperimentelle drifts. Tidligere lænkede Bell -test har påberåbt sig denne antagelse, men NIST -testen kunne slippe den. NIST -teamet lukkede hukommelseshullet ved at udføre tusindvis af ekstra forsøg over mange timer med sættet med seks mulige indstillinger, ved at bruge en tilfældigt valgt indstilling for hvert forsøg og udvikle en mere robust statistisk analyseteknik.

NIST -eksperimenterne lukkede ikke lokalets smuthul, som er åben, hvis det er muligt for valget af indstillinger at blive kommunikeret mellem ionerne. For at lukke dette smuthul, man skulle adskille ionerne med så stor en afstand, at kommunikation mellem dem ville være umulig, selv ved lyshastighed. I NIST -eksperimentet ionerne skulle placeres tæt sammen (højst 340 mikrometer fra hinanden), der skal vikles ind og efterfølgende måles, Tan forklarede.