Fysikere viser, at ionpar udfører forbedret 'uhyggelig handling'

I en nylig undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nature Physics, demonstrerede et hold fysikere ledet af Dr. Norbert Schuch fra Universitetet i Wien eksperimentelt forbedret ikke-lokalitet, også kendt som "uhyggelig handling på afstand," mellem to atomære ioner. Denne observation giver ny indsigt i kvantemekanikkens grundlæggende natur og har implikationer for kvanteinformationsbehandling og kommunikation.

Kvantesammenfiltring er et fænomen, hvor to eller flere partikler bliver korreleret på en sådan måde, at deres tilstande er forbundet, uanset afstanden mellem dem. Denne ikke-klassiske adfærd, forudsagt af kvantemekanikken, trodser vores klassiske intuition og har været genstand for intens forskning og debat.

I deres eksperiment brugte fysikerne et par ytterbiumioner fanget i et optisk gitter. Ved omhyggeligt at kontrollere interaktionerne mellem ionerne og anvende skræddersyede laserimpulser, var de i stand til at skabe en specifik sammenfiltret tilstand kendt som "maksimalt entangled Bell-tilstand". I denne tilstand er spins af de to ioner maksimalt korrelerede, hvilket betyder, at de enten er begge op eller begge nede, med lige stor sandsynlighed.

Forskerne målte derefter korrelationerne mellem ionernes spins ved hjælp af en teknik kaldet kvantetilstandstomografi. Dette tillod dem at rekonstruere systemets kvantetilstand og kvantificere graden af ​​sammenfiltring. Resultaterne viste, at sammenfiltringen mellem ionerne faktisk var forbedret sammenlignet med andre sammenfiltrede tilstande.

Den forbedrede ikke-lokalitet observeret i eksperimentet opstår på grund af de specifikke egenskaber ved den maksimalt sammenfiltrede Bell-tilstand. I denne tilstand er ionernes spins perfekt korreleret, og enhver lokal måling udført på en ion påvirker øjeblikkeligt den anden, uanset afstanden mellem dem. Denne adfærd kan ikke forklares af klassisk fysik og fremhæver de unikke egenskaber ved kvantemekanikken.

Påvisningen af ​​øget ikke-lokalitet i ionpar har flere implikationer. Det giver en dybere forståelse af kvantemekanikkens grundlæggende principper og sammenfiltringens natur. Derudover kunne det have praktiske anvendelser inden for kvanteinformationsbehandling og kommunikation. For eksempel kunne den forbedrede sammenfiltring mellem ionerne udnyttes til sikre kvantekommunikationsprotokoller eller kvanteteleportering, hvor kvanteinformation overføres mellem fjerne steder.

Undersøgelsen repræsenterer en vigtig milepæl inden for kvantefysik ved eksperimentelt at verificere den forbedrede ikke-lokalitet forudsagt af kvantemekanik. Det åbner op for nye veje til at udforske grænserne for kvantekorrelationer og deres potentielle anvendelser i kvanteteknologier.