Descoperirea întanglementării cuantice este un pas revoluționar înainte • Earth.com

O echipă de cercetători de la Laboratorul de Lumină Structurată din… Universitatea din WitwatersrandAfrica de Sud a făcut progrese semnificative în ceea ce privește încrucișarea cuantică.

Condus de profesorul Andrew Forbes, în colaborare cu renumitul om de știință Robert de Mello Koch, care este acum la Universitatea Huzhou În China, echipa a demonstrat cu succes o nouă modalitate de a manipula particulele încurcate cuantice fără a le modifica proprietățile intrinseci.

Această performanță reprezintă un pas uriaș în înțelegerea și aplicarea noastră a întanglementării cuantice.

Topologia în entanglement cuantic

„Am reușit acest lucru prin încurcarea a doi fotoni identici și atribuindu-le o funcție de undă comună”, explică Pedro Ornelas, student la master și autor principal al studiului. „Acest proces face ca structura lor colectivă, sau topologia, să fie clară doar atunci când sunt considerați ca un o singură entitate”.

Acest experiment se învârte în jurul conceptului de întricare cuantică, care este denumită „acțiune înfricoșătoare la distanță”, în care particulele se influențează reciproc stările, chiar și atunci când sunt separate de distanțe mari.

Topologia joacă un rol crucial în acest context. Se asigură că anumite proprietăți sunt păstrate, la fel cum o ceașcă de cafea și o gogoașă sunt echivalente din punct de vedere topologic datorită găurii unice și neschimbate.

„Fotonii noștri încâlciți sunt similari”, explică profesorul Forbes. „Încurcarea lor este flexibilă, dar unele proprietăți rămân constante.”

Studiul analizează în mod specific topologia Skyrmion, un concept introdus de Tony Skyrmion în anii 1980. În acest scenariu, topologia se referă la o proprietate generală care rămâne neschimbată, cum ar fi textura unei cârpe, indiferent de modul în care este tratată.

Aplicații ale întanglementării cuantice

Skyrmionii, care au fost studiati inițial în materiale magnetice, cristale lichide și omologii lor optici, au fost lăudați în fizica materiei condensate pentru stabilitatea și potențialul lor în tehnologia de stocare a datelor.

„Ne propunem să obținem efecte de transformare similare cu skyrmionii noștri cuantici”, adaugă Forbes. Spre deosebire de cercetările anterioare care au limitat locația Skyrmions la un singur punct, acest studiu prezintă o schimbare de paradigmă.

După cum spune Ornelas: „Acum înțelegem că topologia, în mod tradițional văzută ca locală, poate fi de fapt non-locală, împărtășită între entități separate spațial.”

În consecință, echipa își propune să folosească topologia ca sistem de clasificare pentru stările încurcate. Dr. Ishaq Naib, un co-cercetător, compară acest lucru cu un alfabet de stări încurcate.

„Așa cum diferențiem câmpurile și gogoșile după găurile lor, skyrmionii noștri cuantici pot fi clasificați după caracteristicile lor topologice”, explică el.

Idei cheie și cercetări viitoare

Această descoperire deschide ușa către noi protocoale de comunicare cuantică, care folosesc topologia ca mijloc de procesare a informațiilor cuantice.

Astfel de protocoale ar putea revoluționa modul în care informațiile sunt codificate și transmise în sistemele cuantice, în special în scenariile în care metodele tradiționale de criptare eșuează din cauza încordării minime.

Concluzia este că importanța acestei cercetări constă în posibilitatea aplicării ei pe teren. De zeci de ani, menținerea statelor interconectate a fost o provocare majoră.

Descoperirile echipei sugerează că topologia poate rămâne intactă chiar și pe măsură ce încrucișarea se reduce, oferind un nou mecanism de criptare pentru sistemele cuantice.

Profesorul Forbes încheie cu o declarație de perspectivă, spunând: „Acum suntem gata să definim noi protocoale și să explorăm peisajul larg al stărilor cuantice non-locale, care ar putea revoluționa modul în care abordăm comunicațiile cuantice și procesarea informațiilor”.

Mai multe despre intricarea cuantică

După cum sa discutat mai sus, întanglementul cuantic este un fenomen fascinant și complex în lumea fizicii cuantice.

Este un proces fizic în care perechile sau grupurile de particule creează, interacționează sau împărtășesc proximitatea spațială în moduri astfel încât starea cuantică a fiecărei particule nu poate fi descrisă independent de starea celorlalte particule, chiar și atunci când particulele sunt separate printr-un distanta mare. .

Descoperire și context istoric

Încheierea cuantică a fost teoretizată pentru prima dată în 1935 de Albert Einstein, Boris Podolsky și Nathan Rosen. Ei au propus paradoxul Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), provocând completitudinea mecanicii cuantice.

Einstein s-a referit celebru la încurcare ca fiind „acțiune înfricoșătoare la distanță”, exprimând disconfort față de ideea că particulele s-ar putea influența reciproc instantaneu pe distanțe mari.

Principiile întanglementării cuantice

În centrul întanglementării cuantice se află conceptul de suprapunere. În mecanica cuantică, particulele precum electronii și fotonii există într-o stare de suprapunere, ceea ce înseamnă că pot fi în mai multe stări simultan.

Când două particule sunt încurcate, ele sunt legate în așa fel încât starea uneia (fie ea spin, poziție, impuls sau polarizare) este instantaneu legată de starea celeilalte, indiferent cât de departe sunt acestea.

Entanglement cuantic în calcul și comunicații

Entanglementul cuantic provoacă noțiunile clasice ale legilor fizice. Indică faptul că informația poate fi transmisă mai repede decât viteza luminii, ceea ce contrazice teoria relativității a lui Einstein.

Totuși, aceasta nu înseamnă că informațiile utilizabile sunt transferate imediat, ceea ce ar încălca cauzalitatea; Mai degrabă, implică o interconectare adânc înrădăcinată la nivel cuantic.

Una dintre cele mai interesante aplicații ale întanglementării cuantice este în domeniul calculului cuantic. Calculatoarele cuantice folosesc stări încurcate pentru a efectua calcule complexe la viteze care nu pot fi atinse de calculatoarele clasice.

În comunicațiile cuantice, întanglementul este cheia dezvoltării sistemelor de comunicații extrem de sigure, cum ar fi criptografia cuantică și distribuția cheilor cuantice, care sunt teoretic imune la hacking.

Validarea empirică și cercetarea curentă

Încă de la începuturile sale teoretice, încrucișarea cuantică a fost dovedită experimental de mai multe ori, subliniind natura sa ciudată și contraintuitivă.

Cele mai faimoase sunt experimentele de testare Bell, care au furnizat dovezi importante împotriva teoriilor locale ale variabilelor ascunse și în favoarea mecanicii cuantice.

Pe scurt, întanglementul cuantic, piatra de temelie a mecanicii cuantice, rămâne un subiect de cercetare și dezbatere intense. Natura sa uluitoare ne provoacă înțelegerea lumii fizice și ne deschide calea către dezvoltări potențial revoluționare în tehnologie.

Pe măsură ce cercetarea progresează, este posibil să găsim mai multe aplicații practice pentru acest fenomen ciudat, dezvăluind mai multe secrete ale universului cuantic.

Studiul complet a fost publicat în jurnal Fotonica naturii.

—–

Iti place ce am citit? Abonați-vă la buletinul nostru informativ pentru a primi articole captivante, conținut exclusiv și cele mai recente actualizări.

Vizitați-ne la EarthSnap, o aplicație gratuită oferită de Eric Ralls și Earth.com.

—–