Çizgi Roman | 50 kilometre uzakta kuantum dolaşıklığı iki atom nasıl yapılır
Hayat daha iyi hale geliyor ve insanların gereksinimleri de arttı. Daha önce bir kenara koyarsanız, "yukarı ve aşağı hafif telefon", bir gülümsemeyle uyanırsınız.
Şimdi yapamam. Filmlerin 3D olarak izlenmesi, cep telefonlarının 5G'ye bağlanması, ekspres teslimat için drone kullanılması ve hatta tuvaletteki klozetin bile kendi ısıtması olması gerekiyor.
Böylece, bilim adamları da mevcut kuantum dolaşıklık şemasından memnuniyetsiz hissetmeye başladılar!
Kuantum dolanıklığı bir kaynaktır
Kuantum dolaşıklığı nedir? Kuantum dolaşıklığı önemlidir.
Kuramsal bir bakış açısından, kuantum dolaşıklığı, iki parçacığın birbirinden ayrılmadığı, ancak kardeş olduğu 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.
Böyle güzel bir şey, bilim adamları neden bundan memnun değil?
Mevcut kuantum dolaşıklık şeması sınırlı uygulama senaryolarına sahiptir
Bilim adamları, kuantum dolaşıklık ilkesinden memnun olmadıklarını, ancak var olan uzun mesafeli kuantum dolaşıklık şemalarının yeterince uygulanabilir olmadığını söylüyorlar.
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 olur ve iletim verimliliği çok düşüktür.
Bu, kuryenin güvenilir olmaması gibi, 1000 kurye gönderirseniz, sizin için 999 kaybedebilir.
(Amerika Editörü: Shan Xiaoman, 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.
, fotonun bilgisini okumak istiyorsanız, yıkıcı bir ölçüm olan fotonu absorbe etmeniz gerekir. 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 hesaplansa 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.
Deneysel ilkeyi açıklamak için, ilk olarak, başlangıçta birbirine dolanmamış iki parçacığın kuantum dolanıklığı oluşturmasına bir bakalım. Bunun genellikle iki numarası vardır:
İlk numara: iki parçacığın etkileşime girmesine izin verin
Gerçek çok basit. Atom varsa foton vardır. Atomlar üzerindeki ışıkla, belirli bir kuantum dolanma olasılığına sahip olacaklar. Bu araştırma ekibinin ilk adımıdır.
İkinci numara: özel ölçümler yapın
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 adamları dolanma perspektifinden ölçtüğü sürece, iki parçacık gerçekten birbirine karışacak. 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 yüzden lütfen kapı kollarından 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.
Böylece, iki atomcudan iki küçük kardeş göndermelerini isteyebilir 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.
Daha sonra araştırma ekibi, iki fotonun A ve B'nin ortasına gelmesine izin verdi ve ardından ikinci numara aracılığıyla yeni bir kuantum dolanıklığı oluşturmalarına izin verdi.
Böylece, diğer iki atom da yeni bir dolanma 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.
Bu, deneyin zorluğunu artıracak olsa da faydalıdır. 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 dolaşıklığı sonunda köyü terk etmeyi başardı!
"Kuantum İnternet" altyapısının ilk adımını atın
Buraya bakın, bir sorununuz olabilir. Bu iki atom arasındaki mesafe sadece 50 kilometredir, yani köyden ayrıldıktan sonra köye yeni gelmişlerdir.
Aslında burada anahtar nokta atomun etrafta dolaşmaması, 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.
Bu, bütün gün etrafta dolaşan fotonların yapamayacağı bir şey.
Bu nedenle, bu deney köyü terk edebilecek 1 kübitlik bir tekrarlayıcı yaptıklarını söylemeye eşdeğerdir. Gelecekte şehre veya ile gitmek daha kolay olacak. Birkaç kübit ve birkaç anahtar daha alın. Bir düğümü bir düğüme bağlamanız yeterli.
Belki de gelecekte bir gün, bilim adamları bir dizi "kuantum İnternet" altyapısı oluşturmak için benzer fikirleri kullanabilir, bu da kuantum verilerinin uzun mesafeli, büyük ölçekli ve güvenli bir şekilde alışverişini mümkün kılar.
Not: 1. Bu deneyde bilim adamı, bir kübit taşımak için bir atom kullanmak yerine, bir sistem oluşturmak için 100 milyon atom kullanıyor ve bir atomu simüle etmelerine izin veriyor. Dahası, iki atom grubu birbirinden çok uzak değildir. Deneyde bahsedilen onlarca kilometre aslında fotonların optik fiberde kat ettikleri mesafedir. Araştırma ekibinin bir sonraki adımı, iki atom grubunu onlarca kilometreye kadar gerçekten ayırmaktır.
2. Deneyde, araştırmacılar ayrıca fotonların dalga boyunu "kuantum frekansı dönüşümü" ile fiberde daha düşük kayıpla çoğalmalarını sağladılar.
3. 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".
Referanslar:
1. Briefel H J, Dür W, Cirac J I ve diğerleri, Kuantum tekrarlayıcılar: kuantum iletişiminde kusurlu yerel işlemlerin rolü, Physical Review Letters, 1998, 81 (26): 5932.
2. Duan L M, Lukin M D, Cirac J I, ve diğerleri.Atomik topluluklar ve doğrusal optiklerle uzun mesafeli kuantum iletişimi Nature, 2001, 414 (6862): 413.
3. Zhao B, Chen Z B, Chen Y A, ve diğerleri.Uzak bellek kübitleri arasında sağlam dolaşıklık oluşturma Fiziksel inceleme mektupları, 2007, 98 (24): 240502.
4. Kimble H J. Kuantum internet. Nature, 2008, 453 (7198): 1023.
5. Yu Y, Ma F, Luo X Y, vd. Düzinelerce kilometreden uzun lifler aracılığıyla iki kuantum belleğin dolanması. Nature, 2020.
Kaynak: Mozi Salon
Sorumluluk Reddi: Bu makale, daha fazla bilgi vermek amacıyla yeniden üretilmiştir. Kaynak etiketlemede bir hata varsa veya yasal haklarınızın ihlali söz konusuysa, lütfen sahiplik sertifikası ile web sitesi ile iletişime geçin, zaman içinde düzeltip sileceğiz, teşekkür ederiz.
Kaynak: Ulusal Uzay Bilimi Merkezi
