Kvantfysik:Ménage à trois foton-stil

Forvikling er en af ​​de egenskaber, der er specifikke for kvantepartikler. Når to fotoner bliver viklet ind, for eksempel, kvantetilstanden i den første vil korrelere perfekt med kvantetilstanden i den anden, selvom de er i afstand fra hinanden. Men hvad sker der, når tre par sammenfiltrede fotoner placeres i et netværk? Forskere ved universitetet i Genève (UNIGE), Schweiz, arbejder i partnerskab med Teherans Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM), har bevist, at dette arrangement giver mulighed for en ny form for kvantekorrelation i teorien. Da forskerne tvang to fotoner fra separate par til at blive viklet ind, forbindelsen blev også lavet med deres tvillingefoton til stede andre steder i netværket, danner en stærkt korreleret trekant. Disse resultater, offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve , skabe potentiale for nye applikationer inden for kryptografi.

Forvikling involverer to kvantepartikler - fotoner, for eksempel - at danne et enkelt fysisk system på trods af afstanden mellem dem. Hver handling, der udføres på en af ​​de to fotoner, har indflydelse på dens "tvilling" foton. Dette sammenfiltringsprincip fører til kvantelokalitet:Målingerne og statistikken for egenskaberne observeret på en af ​​fotonerne er meget tæt korreleret med dem for den anden foton. "Quantum non-locality blev teoretisk opdaget af John Stewart Bell i 1964, "siger Nicolas Brunner, lektor i Institut for Anvendt Fysik i UNIGE's Naturvidenskabelige Fakultet. "Dette viste, at fotonkorrelationer udelukkende er kvante i naturen, og kan derfor ikke forklares med konventionel fysik. Dette princip kunne bruges til at generere ultrasikre krypteringsnøgler. "

Men hvad er konsekvenserne af dette princip om kvantelokalitet, når flere par fotoner placeres i et netværk? "For at besvare dette spørgsmål, vi udtænkte et eksperiment med tre par fotoner, der derefter blev adskilt og spredt til tre punkter, danner en trekant, "siger Marc-Olivier Renou, som også er forsker i Institut for Anvendt Fysik. "Ved hvert toppunkt, to fotoner fra et andet par behandles sammen. "

Fysikerne tvang efterfølgende de to fotoner ved hvert hjørne af trekanten til at vikle ind ved at få dem til at interagere med hinanden, før de måles. De viste endelig, at statistikken fra disse målinger ikke kan forklares med nogen lokal fysisk teori. Ud over, disse statistikker er så stærkt korreleret, at de kunne repræsentere en ny form for kvantekorrelationer. "Det kan blive en ny version af Bells sætning, specifik for kvante netværk, «siger Nicolas.

Denne vigtige teoretiske opdagelse understreger kraften i kvantekorrelationer i netværk, hvilket langt overstiger hvad forskere oprindeligt havde troet var muligt. Det næste trin vil være at observere disse fænomener i laboratoriet. "Det bliver ikke børneleg, fordi et eksperiment som dette stadig er ekstremt svært for tiden, "slutter Nicolas Gisin, en professor i UNIGEs Institut for Anvendt Fysik.