Multiparty entanglement:Når alt er forbundet

Entanglement er et allestedsnærværende begreb i moderne fysikforskning:det forekommer i emner lige fra kvantetyngdekraft til kvanteberegning. I en publikation, der udkom i Fysisk gennemgangsbreve sidste uge, UvA-IoP fysiker Michael Walter og hans samarbejdspartner Sepehr Nezami kaster nyt lys over egenskaberne ved kvantesammenfiltring - især, til tilfælde, hvor mange partikler er involveret.

I kvanteverdenen, fysiske fænomener opstår, som vi aldrig observerer i vores store hverdagsverden. Et af disse fænomener er kvantesammenfiltring, hvor to eller flere kvantesystemer deler bestemte egenskaber på en måde, der påvirker målinger på systemerne. Det berømte eksempel er, at to elektroner kan vikles ind på en sådan måde, at de – selv når de tages meget langt fra hinanden – kan observeres at dreje i samme retning, sige med uret eller mod uret, på trods af, at ingen af ​​de enkelte elektroners spinderetning kan forudsiges på forhånd.

Multiparty sammenfiltring

Dette eksempel er noget begrænset:sammenfiltring behøver ikke nødvendigvis at være mellem to kvantesystemer. Multipartikelsystemer kan også være sammenfiltret, endda på en så ekstrem måde, at hvis en bestemt egenskab observeres for en af ​​dem (tænk på at 'snurre med uret' igen), den samme egenskab vil blive observeret for alle de andre systemer. Denne sammenfiltring af flere partier er kendt som en GHZ-stat (efter fysikere Daniel Greenberger, Michael Horne og Anton Zeilinger).

Generelt, flerpartssammenfiltring er dårligt forstået, og fysikere har ikke meget systematisk indsigt i dets virkemåde. I et nyt blad, der blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve denne uge, UvA-fysiker Michael Walter og hans samarbejdspartner Sepehr Nezami fra Caltech begynder at udfylde dette hul ved teoretisk at undersøge en rig klasse af mange-kropstilstande og deres sammenfiltringsegenskaber. Til denne ende, de anvender en matematisk teknik kendt som et 'tensornetværk'. Forskerne viser, at de geometriske egenskaber af dette netværk giver et væld af nyttige oplysninger om sammenfiltringsegenskaberne i de stater, der undersøges.

Den mere detaljerede forståelse af kvantesammenfiltring, som forfatterne opnår, kan have mange fremtidige anvendelser. Forskningen var oprindeligt motiveret af spørgsmål i søgen efter en bedre forståelse af tyngdekraftens kvanteegenskaber, men de tekniske værktøjer, der er blevet udviklet, er også meget nyttige i teorien om kvanteinformation, der bruges til at udvikle kvantecomputere og kvantesoftware.