50 kilometre uzakta iki atom nasıl yapılır, kuantum dolanıklığı oluşturur
Yazar | Sheldon
Kaynak | Mozi Salon
Hayat daha güzel, insanların ihtiyaçları da gelişiyor. Daha önce bir kenara koyarsanız, "yukarı ve aşağı hafif telefon", bir gülümsemeyle uyanırsınız.
Şimdi değil. Filmlerin 3D olarak izlenmesi, cep telefonlarının 5G'ye bağlanması, ekspres teslimat için drone kullanılması ve hatta tuvaletteki klozetin bile kendi ısıtması olması gerekiyor.
Sonuç olarak, bilim adamları mevcut kuantum dolaşıklık şemasından memnun kalmaya başladılar!
Kuantum dolanıklığı bir kaynaktır
Kuantum dolaşıklığı nedir? Kuantum dolaşıklığı önemlidir.
Kuramsal bir bakış açısına göre, kuantum dolaşıklığı, iki parçacığın birbirinden ayrılmadığı, ibadet kardeşlerine ibadet ettiği ve kuantum düzeyinde güçlü bir korelasyon olduğu anlamına gelir.
Özellikle karmaşıktır. İki parçacığın kuantum dolaşıklığı oluşturduktan sonra, sadece birini ölçmenin diğerini aynı anda ölçmeye eşdeğer olduğunu geçici olarak anlayabilirsiniz. Bu ikisi bir bütün.
Pratik açıdan kuantum mekaniği bir kaynaktır. Bu kaynakla, kuantum hesaplama yapabilir, kuantum gizli iletişimi geliştirebilir ve gelecekte büyük bir sosyal zenginlik yaratmak mümkün.
Bilim adamları neden bu kadar iyi bir şeyden memnun değil?
Mevcut kuantum dolaşıklık şeması sınırlı uygulama senaryolarına sahiptir
Bilim adamları kuantum dolaşıklık ilkesinden memnun olmadıklarını, ancak Mevcut uzun mesafeli kuantum dolaşıklık şemaları geniş çapta uygulanamaz.
Mevcut uzun mesafeli kuantum dolanıklığı fotonlar tarafından gerçekleştirilir. Fotonun sadece ışık hızında hareket edebileceğini herkes bilir ve asla duramaz.
Bu, üç soruna neden olur:
Birincisi, foton ne kadar uzağa giderse, zayıflama o kadar büyük ve düşük iletim verimliliği.
Bu, güvenilir olmayan bir kurye gibidir, 1000 kurye gönderirseniz, sizin için 999 kaybedebilir.
Amerikan Editör: Shan Xiao Mandian, ekspresiniz de yolda yandı mı?
İkincisi, foton duramaz ve taşıdığı kuantum bilgisi duramaz.
Bu, kuantum bilgisinin tek bir yerde saklanmasını imkansız kılar. Sanki her gün gökyüzünde uçan bir kuryeniz var ve ertesi gün uyandığınızda onu nerede bulacağınızı bilmiyorsunuz.
Üçüncüsü, fotonun bilgilerini okumak için fotonun soğurulması gerekir ki bu da yıkıcı bir ölçümdür.
Bu, bir USB flash sürücü satın almaya benzer ve verileri yalnızca bir kez okuyabilirsiniz.Verileri okuduktan sonra, flash sürücü bozulur. Bir dahaki sefere başka bir tane satın almanız ve her gün ekspres teslimatı aramanız gerekir.
Gördüğünüz gibi, orijinal düşünce zincirini takip etmeye devam ederseniz, kuantum dolaşıklığı köyü terk edemeyecektir.
Köy dışlansa bile işletme verimliliği çok düşük olacaktır. Bu nedenle, bilim adamı fikrini değiştirmeye karar verdi:
Kuantum dolanıklığından iki atom nasıl yapılır?
Aralık 2019'da, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Pan Jianwei, Bao Xiaohui ve Zhang Qiang, Jinan Kuantum Teknoloji Enstitüsü ve Çin Bilimler Akademisi Şangay Mikrosystems Enstitüsü işbirlikçileri ile sırasıyla 22 kilometre (dış mekan) ve 50 kilometre (kapalı alan) uzaklıktaydı. Yukarıda, iki yöntem kullanılarak, iki yerdeki atomlar kuantum dolaşıktır. Araştırma sonuçları Nature dergisinde yayınlandı.
Deneyin prensibini açıklamak için, ilk olarak, başlangıçta dolaşık olmayan iki parçacığın kuantum dolanıklığı oluşturmasına bir bakalım. Bunun genellikle iki numarası vardır:
İlk numara: İki parçacığın etkileşime girmesine izin verin
Nedeni basit. Atom varsa foton vardır. Atomlar üzerindeki ışıkla, belirli bir kuantum dolanma olasılığına sahip olacaklar. Bu araştırma ekibinin ilk adımıdır.
İkinci numara: Özel ölçümler alın
Bu gerçek biraz karmaşık. Sanki kaymış ve düşmüşsün gibi. Dünyayı vurmak için inisiyatif aldığını söyleyebilirim, ne olduğunu bilmediğini söyleyebilirsin, dünya sana vurmak için inisiyatif aldı. İnisiyatifi kim alıyor? Bu göreceli bir kavram, farklı açılardan bakarsanız sonuç farklı olacaktır.
İki parçacık arasındaki ilişki de aynıdır. Bir açıdan bakarsanız, bu iki parçacık birbirine karışmamış. Başka bir açıdan bakarsanız, şaşırtıcıdır İki parçacık aslında aynı anda iki çelişkili dolaşık durumdadır.
Şu anda, bilim adamı dolanma açısından ölçtüğü sürece, iki parçacık gerçekten birbirine dolanmış olacak. Araştırma ekibinin ikinci adımı tam da bunu yaptı.
Kuantum arasında 50 kilometre aralıklarla iki atom nasıl birbirine dolanır?
Bu nedenle araştırma ekibi, 50 kilometre uzaklıktaki iki atom arasında kuantum dolanıklığı oluşturmak için bu iki tekniği kombinasyon halinde kullandı. Bununla birlikte, deneyin belirli ilkeleri karmaşıktır. Bu internetteki at çizimi öğreticisine eşdeğerdir.Başlangıçta nasıl çizeceğimi söyledim.Şimdi düşüncemi hızlandırmak ve doğrudan at çizimine atlamak için gaz pedalına basmam gerekiyor.
Bu nedenle lütfen kapı kollarınızı tutun ve emniyet kemerinizi bağlayın.
Öncelikle yukarıda belirtilen yöntemler doğrudan kullanılamaz. Neden? İki atom aynı yerde olmadığından, doğrudan etkileşime girmek imkansızdır, bu nedenle ilk numara doğrudan kullanılamaz. İki atom aynı yerde değildir ve onları aynı anda ölçmek imkansızdır, bu nedenle ikinci numara doğrudan kullanılamaz.
Araştırma ekibi, bunun iki çete arasında pazarlık yapmak gibi olduğunu düşündü. En büyük iki erkek kardeş aynı yerde değil ama iki küçük kardeşi aynı yere gönderebilirsin, konuşmadan sonra en büyük ağabey imzalayabilir ve kabul edebilir.
Bu nedenle, iki atomun iki küçük kardeş göndermesine izin verebilir ve iki küçük kardeşin ölçüm için bir yere koşmasına izin verebiliriz. Kuantum dolanma özelliğinden dolayı, iki parçacık kardeş haline geldi ve güçlü bir korelasyon var. Bunlardan birini test ederseniz, aynı anda ikisini de test etmiş olursunuz.
İki küçük erkek kardeş ve ağabey arasında bir karmaşa yaratırsanız, iki küçük erkek kardeş arasında yeni bir karışma oluşursa, aynı anda iki ağabey arasında yeni bir karışma da oluşturabilirsiniz.
Bunu anlamak istiyorsanız, belirli bir deney kolay olacaktır. Araştırma ekibi ilk olarak, A zeminin ve B zemininin iki atomunu sırasıyla iki fotonla kuantum dolaşıklığı oluşturmak için ilk numarayı kullandı. Bu iki foton küçük kardeşler.
Ardından araştırma ekibi, iki fotonun A ve B'nin ortasına gelmesine izin verdi ve ardından ikinci numara aracılığıyla yeni bir kuantum dolanıklığı oluşturmalarına izin verdi.
Sonuç olarak, diğer iki atom da yeni bir dolanıklık oluşturmak için aynı anda ölçüldü.
Ancak, bu yalnızca araştırma ekibi tarafından kullanılan "iki foton" şeması adı verilen ilk yöntemdir.
Bu temelde, araştırma ekibi başka bir "tek foton" şeması kullandı ve dolanma mesafesini 50 kilometreye çıkardı. Bu iki şemanın fikirleri aynıdır, ancak fotonların ve atomların belirli dolaşıklık biçimleri farklıdır. Bu şemada, dolaşık fotonlar "hem yaşam hem de ölümün" süperpozisyonu içindedir.
Bunu yapmak deneyin zorluğunu artıracak olsa da faydaları da var. Bu "yarı ölü fotonlardan" biri mektubu canlı olarak teslim ettiği sürece, karışıklık oluşabilir.
Bu nedenle, "tek foton" şemasının dolanma başarı oranı daha yüksektir.
Böylece, kuantum dolanıklığı sonunda köyü terk etmeyi başardı!
"Kuantum İnternet" altyapısına ilk adımı atın
Bunu görünce bir sorununuz olabilir. Bu iki atom arasındaki mesafe sadece 50 kilometredir, yani köyden ayrıldıktan sonra köye yeni gelmişlerdir.
Aslında buradaki anahtar, atomun etrafta dolaşmaması ve bir tür gayrimenkul olmasıdır. İnternette bir tekrarlayıcı gibi olabilir, dürüstçe tek bir yerde kalabilir, aldığınızda saklayabilir ve göndermeniz gerektiğinde gönderebilir, her seferinde kaybolmaz ve sadece bir kullanımdan sonra kırılmaz.
Bütün gün etrafta dolaşan fotonlar için bu imkansızdır.
Bu nedenle, bu deney köyden çıkabilen 1 kübitlik bir tekrarlayıcı yaptıklarını söylemekle eşdeğerdir. Gelecekte, şehre veya eyalete gitmek daha kolay olacak.Bir düğümde bir düğümde birkaç kübit ve birkaç anahtar daha alın.
Belki de gelecekte bir gün, bilim adamları bir dizi "kuantum İnternet" altyapısı oluşturmak için benzer fikirleri kullanabilir, bu da kuantum verilerinin büyük ölçekte ve uzun mesafelerde güvenli bir şekilde alışverişini mümkün kılar.
Amerikalı Editör: Shan Xiaoman, servet yaratmak böyle değil.
Not:
Deneyde, araştırmacılar ayrıca fotonların dalga boyunda "kuantum frekans dönüşümü" gerçekleştirerek, fiberde daha düşük kayıpla çoğalmalarını sağladılar.
Atomik dolanıklığı tekrarlayıcı olarak kullanmak, eğer mesafe çok uzaksa, zayıflama da meydana gelecektir. Ancak bu bozulma, foton dolanmasının "üstel" bozunmasından çok daha güvenilir olan "polinomdur".
Eser sahibi: Sheldon
Çizim: Ayna, Soluk
Güzellik demek: Sığır
Dizgi: Ayna
Teşekkür: Yu Yong, Bao Xiaohui, Zhang Qiang, Xu Ping
Referanslar:
Briegel HJ, Dür W, Cirac JI ve diğerleri Kuantum tekrarlayıcılar: kuantum iletişiminde kusurlu yerel işlemlerin rolü Fiziksel İnceleme Mektupları, 1998, 81 (26): 5932. Duan LM, Lukin MD, Cirac JI, et al. Atomik topluluklar ve doğrusal optiklerle uzun mesafeli kuantum iletişimi Nature, 2001, 414 (6862): 413.
Zhao B, Chen Z B, Chen Y A, et al.Uzak bellek kübitleri arasında sağlam dolaşıklık oluşturma. Fiziksel inceleme mektupları, 2007, 98 (24): 240502.
Kimble H J. Kuantum internet. Nature, 2008, 453 (7198): 1023. Yu Y, Ma F, Luo X Y, vd. Düzinelerce kilometreden fazla lifler aracılığıyla iki kuantum belleğin dolanması. Nature, 2020.
Popüler bilim konularını daha benzer düşünen insanlarla tartışmak, Mozi Salon sekreterinin samimi hizmetini almak ve çeşitli popüler bilim etkinliklerinden zamanında bildirim almak ister misiniz? Mozi Salon'un küçük sekreterini eklemek için QR kodunu tarayın ve sizi Mozi Salon'un süper grubuna çekin.
Mozi Salonu, Şangay Pudong Yeni Alan Bilim ve Teknoloji Derneği ve Çin Bilim ve Teknoloji Mezunları Vakfı tarafından ortaklaşa düzenlenen ve Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Şanghay Araştırma Enstitüsü tarafından desteklenen, kar amacı gütmeyen büyük ölçekli bir bilim popülerleştirme forumudur. Salonun bilim popülerleştirme hedefleri, bilime güçlü bir ilgi duyan ve popüler bilimi seven ve ortaokul öğrencilerinin dünyadaki en son bilimsel bilgileri anlayabilecekleri popüler bir bilim forumu yaratmaya çalışan sıradan insanlardır.
"Mozi Salon" hakkında
