En enkelt foton afslører kvantesammenfiltring af 16 millioner atomer

Kvanteteori forudsiger, at et stort antal atomer kan vikles ind og sammenflettes af et meget stærkt kvanteforhold, selv i en makroskopisk struktur. Indtil nu, imidlertid, eksperimentelle beviser har for det meste manglet, selvom de seneste fremskridt har vist sammenfiltringen af ​​2, 900 atomer. Forskere ved Universitetet i Genève (UNIGE), Schweiz, for nylig ombygget deres databehandling, demonstrerer, at 16 millioner atomer var viklet ind i en en-centimeter krystal. De har offentliggjort deres resultater i Naturkommunikation .

Kvantefysikkens love tillader øjeblikkelig at detektere, når udsendte signaler opfanges af en tredjepart. Denne ejendom er afgørende for databeskyttelse, især i krypteringsindustrien, som nu kan garantere, at kunderne vil være opmærksomme på enhver aflytning af deres beskeder. Disse signaler skal også kunne rejse lange afstande ved hjælp af specielle relæenheder kendt som kvanterepeatere – krystaller beriget med sjældne jordarters atomer og afkølet til 270 grader under nul (knapt tre grader over det absolutte nulpunkt). hvis atomer er viklet ind og forenet af et meget stærkt kvanteforhold. Når en foton trænger ind i denne lille krystalblok, sammenfiltring skabes mellem de milliarder af atomer, den krydser. Dette forudsiges eksplicit af teorien, og det er præcis, hvad der sker, når krystallen genudsender en enkelt foton uden at læse den information, den har modtaget.

Det er relativt nemt at vikle to partikler ind:Spaltning af en foton, for eksempel, genererer to sammenfiltrede fotoner, der har identiske egenskaber og adfærd. Florian Fröwis, en forsker i gruppen anvendt fysik på UNIGEs naturvidenskabelige fakultet, siger, "Men det er umuligt direkte at observere processen med sammenfiltring mellem flere millioner atomer, da massen af ​​data, du skal indsamle og analysere, er så enorm."

Som resultat, Fröwis og hans kolleger valgte en mere indirekte rute, overveje, hvilke målinger der kunne foretages, og hvilke der ville være de bedst egnede. De undersøgte karakteristikaene for lys genudsendt af krystallen, samt at analysere dets statistiske egenskaber og sandsynligheden for at følge to store veje - at lyset genudsendes i en enkelt retning i stedet for at udstråle ensartet fra krystallen, og at den består af en enkelt foton. På denne måde det lykkedes forskerne at vise sammenfiltringen af ​​16 millioner atomer, da tidligere observationer havde et loft på et par tusinde. I et parallelt arbejde, videnskabsmænd ved University of Calgary, Canada, påvist sammenfiltring mellem mange store grupper af atomer. "Vi har ikke ændret fysikkens love, siger Mikael Afzelius, medlem af professor Nicolas Gisins anvendt fysikgruppe. "Det, der har ændret sig, er, hvordan vi håndterer datastrømmen."

Partikelsammenfiltring er en forudsætning for den kvanterevolution, der er i horisonten, hvilket også vil påvirke mængden af ​​data, der cirkulerer på fremtidige netværk, sammen med kraften og driftstilstanden for kvantecomputere. Alt, faktisk, afhænger af forholdet mellem to partikler på kvanteniveau - et forhold, der er meget stærkere end de simple korrelationer, der foreslås af den traditionelle fysiks love.

Selvom begrebet sammenfiltring kan være svært at forstå, det kan illustreres ved hjælp af et par sokker. Forestil dig en fysiker, der altid bærer to sokker i forskellige farver. Når du ser en rød sok på hans højre ankel, man lærer også med det samme, at venstre strømpe ikke er rød. Der er en sammenhæng, med andre ord, mellem de to sokker. I kvantefysik, en uendeligt stærkere og mere mystisk sammenhæng opstår - sammenfiltring.

Nu, Forestil dig, at der er to fysikere i deres egne laboratorier, med en stor afstand, der adskiller de to. Hver videnskabsmand har en foton. Hvis disse to fotoner er i en sammenfiltret tilstand, fysikerne vil se ikke-lokale kvante korrelationer, som konventionel fysik ikke er i stand til at forklare. De vil opdage, at polariseringen af ​​fotonerne altid er modsat (som med sokkerne i ovenstående eksempel), og at fotonen ikke har nogen iboende polarisering. Polariseringen målt for hver foton er, derfor, helt tilfældigt og fundamentalt ubestemt, før de måles. Dette er et usystematisk fænomen, der opstår samtidigt på to steder, der er langt fra hinanden - og dette er præcis mysteriet med kvantekorrelationer.