Bir foton ile iki kişi aynı anda bilgi alışverişi yapabilir mi?
Kuantum parçacıklarını bilgi göndermek için kullanmak son zamanlarda çok popüler bir araştırma konusu oldu. Son iki makalede fizikçiler şunları söyledi: Sadece tek bir foton kullan -Işığı oluşturan parçacıklar, Böylece iki kişi aynı anda birbirlerine mesaj gönderebilir . Bu başarı, kuantum mekaniğinin tuhaf özelliklerine dayanır. Kaplama Yani, parçacıklar aynı anda iki yeri etkili bir şekilde işgal edebilir.
Genel olarak iletişim (veya değişim), göndericiden alıcıya bilgi aktarımı sürecini ifade eder. Ancak Physical Review Letters'da yayınlanan yeni bir makalede, Viyana Üniversitesi'nden fizikçiler Flavio Del Santo ve Avusturya Bilimler Akademisi'nden Borivoje Daki, Kuantum dünyasında, bilgi aynı anda iki yönde seyahat edebilir Bu fenomen, bilginin göndericiden alıcıya yalnızca tek bir yönde iletildiği klasik fiziksel dünyada imkansızdır.
Klasik iletişimde, ister e-posta, ister metin mesajı veya telefon görüşmesi olsun, bilgi bir bilgi taşıyıcısına gömülür ve ardından iletilir. Bu taşıyıcılar, bir seferde yalnızca bir yönde hareket edebilen parçacıklar veya sinyaller olabilir. Aynı bilgi taşıyıcısının ters iletişim işlemlerini gerçekleştirmesine izin vermek için, bilgi taşıyıcısı (parçacıklar gibi) alıcı uca gelene kadar beklemelisiniz ve ardından alıcı bunu gönderene geri iletir. Başka bir deyişle, tek bir parçacık kullanarak tek bir değişimde iki yönlü iletişim imkansız bir iştir.
Ancak, yeni araştırmalar bunu imkansız hale getirdi. Bunun anahtarı "kuantum süperpozisyonu" kavramında yatıyor: bu işlemi tamamlamak için, kuantum süperpozisyon durumunda bir parçacığa ihtiyacımız var, bu da şu anlama geliyor Parçacıklar farklı yerlerde "aynı anda var olabilir" üzerinde. Bu nedenle, bu iki konumdaki parçacıklar, bilgilerini aynı anda tek bir kuantum parçacığına kodlayabilirler - klasik fizik için imkansız olan başka bir görev.
Nasıl oldu? Şu senaryoyu hayal edebiliriz:
Alice ve Bob, belirli bir mesafeyle ayrılmış iki farklı konumdadır. Standart klasik fizikte, Alice ve Bob'un aynı anda birbirlerine bilgi gönderebilmeleri için kendi fotonlarına sahip olmaları gerekir.Her bir ışık parçacığı tarafından iletilen tek bit, 0 veya 1'dir.
Tek bir taşıyıcı (ışık hızını aşmayan hız), Alice ile Bob arasında, iletişim için izin verilen süreden daha uzun olan birden fazla yayılma süresi alıyorsa, o zaman Alice'ten yalnızca bir yönde bilgi iletebilir. Bob'a (mavi ok) veya Bob'a Alice'e (kırmızı ok) gönderin. | Resim kaynağı:
Ancak, Alice ve Bob süperpozisyon durumunda aynı fotona sahipse, hem bu fotonu (0 veya 1) kodlayabilir hem de kodlamadan sonra birbirlerine geri gönderebilirler. Ve fotonu manipüle etme biçimleri nihayet fotonu kimin alabileceğini belirler: Alice ve Bob aynı biti (her ikisi de 0 veya her ikisi) gönderirse, o zaman foton Alice tarafından alınacaktır; iletilen bit değilse Maç, ardından foton Bob tarafından alınacaktır. 0 mı yoksa 1 mi kodladıklarını bildikleri için, karşı tarafın 0 mı yoksa 1 mi kodladığını anında bilebilirler.
Kuantum süperpozisyonundaki bilgi taşıyıcı bu sınırlamanın üstesinden gelebilir ve iki yönlü iletişim gerçekleştirebilir. | Resim kaynağı:
Bu teorinin uygulanabilir olduğunu göstermek için Viyana Üniversitesi'nden deneysel fizikçiler Philip Walther, Del Santo ve Daki, meslektaşları ile birlikte, makalede bahsedilen durumun deneysel bir gösterimini yaptılar ve bu tekniği başka bir makalede yayınladılar. Kağıtta.
Walther ve meslektaşlarının, örneğin Alice ve Bob olmak üzere iki bağlantı noktasının ortasında bir cihaz tasarlaması gerekir. Işın ayırıcı Kavramın elde edebileceği etki: Bilgi taşıyan bir parçacık bu aygıta çarptığında, ya Alice'e ya da Bob'a yansıtılacağı belirlenebilir.
Parçacıklar, A ve B konumlarında üst üste biner. T = 0 anında, Alice ve Bob parçacıklarını kodlar ve birbirlerine gönderir. İletim sırasında, parçacıklar, tüm cihazla karşılaştıktan sonra tutarlı bir şekilde "yarı yansıtılır" ve "yarı iletilir". | Resim kaynağı:
Bu iletişimin mümkün olduğunu göstermek için, bir dizi prizma ve diğer bazı optik cihazlardan tekli fotonlar yaydılar. Bu optik sistemden geçen fotonlar süperpozisyon halinde olacak ve aynı anda Alice ve Bob'a gönderilebilir.
Deneysel cihaz: Alice ve Bob, sırasıyla Ma ve Mb aynalarının alanlarını işgal eder ve her birinin fazı ayarlamak için bir sıvı kristal azaltıcı LC'si vardır. İkinci ışın ayırıcı BS2'den geçtikten sonra, foton Alice veya Bob tarafından tespit edilecektir. | Resim kaynağı:
Araştırmacılar elektromanyetik ışık dalgasını değiştirdi Evre Yani, her bağlantı noktasının fotonları için 0 veya 1'i kodlamak için çukurların ve tepelerin konumlarını ayarlayın. Daha sonra her bağlantı noktasındaki foton aynı anda diğer tarafa gönderilir, iletim sırasında foton kendisiyle etkileşime girecek ve bir su dalgası gibi ilerleyecektir. burnunu sokmak , Birbirini güçlendiren veya birbirini yok eden girişim desenlerinin oluşumu. Bu girişim, son fotonun Alice veya Bob tarafından alınıp alınmayacağını belirler.
Daha doğrusu, bu cihaz aracılığıyla hem Alice hem de Bob kendilerine hangi bitlerin (bilgilerin) gönderildiğini bilebilir. Örneğin, bu foton Alice tarafından tespit edilirse, Bob'un bitlerinin kendisininkinin tersi olduğunu ve bunun tersi olduğunu bilir. Bu nedenle, klasik fizik durumunda bir örneğin tek yönlü yayılması sırasında, hem Alice hem de Bob bir mesaj gönderme ve alma sürecini tamamladı.
Deneysel doğrulamanın sonuçları, yeni konseptin iletişimi güçlendirdiğini kanıtlıyor. Emniyet ile Anonimlik . Özellikle bu süreçte iletişimin yönü de gizlidir, bu da kulak misafiri olanların kimin gönderenin ve kimin alıcının olduğunu ayırt etmesini imkansız hale getirir. Belki de kuantum iletişiminin hızı ve güvenliği sonuç olarak daha da iyileştirilebilir. Ve kuantum mekaniğinin tuhaf özellikleri bir kez daha şaşırmamıza neden oldu.
Referans kaynağı:
F. Del Santo ve B. Daki. Tek bir kuantum parçacığı ile iki yönlü iletişim. Physical Review Letters. Cilt 120, Şubat 9, 2018, s. 060503. doi: 10.1103 / PhysRevLett.120.060503.
F. Massa ve diğerleri. Bir foton ile deneysel iki yönlü iletişim arXiv: 1802.05102. Yayınlanma tarihi 14 Şubat.
Editör: AHa
En Yeni 10 Popüler Makale
Görüntülemek için başlığa tıklayın
