Kuantum dolaşıklığın keşfi ileriye doğru devrim niteliğinde bir adımdır • Earth.com

Yapılandırılmış Işık Laboratuvarı'ndan bir grup araştırmacı… Witwatersrand ÜniversitesiGüney Afrika kuantum dolaşıklığı konusunda önemli ilerleme kaydetti.

Profesör Andrew Forbes liderliğinde, ünlü sicim bilimcisi Robert de Mello Koch ile işbirliği içinde Huzhou Üniversitesi Çin'de ekip, kuantum dolaşık parçacıkların içsel özelliklerini değiştirmeden manipüle etmenin yeni bir yolunu başarıyla gösterdi.

Bu başarı, kuantum dolaşıklığı anlamamız ve uygulamamız açısından büyük bir adımı temsil ediyor.

Kuantum dolaşıklığında topoloji

Yüksek lisans öğrencisi ve çalışmanın başyazarı Pedro Ornelas şöyle açıklıyor: “Bunu iki özdeş fotonu dolaştırarak ve onlara ortak bir dalga fonksiyonu atayarak başardık.” tek varlık.”

Bu deney, parçacıkların büyük mesafelerle ayrılmış olsalar bile birbirlerinin durumlarını etkilediği “uzaktan ürkütücü eylem” olarak adlandırılan kuantum dolaşıklık kavramı etrafında dönüyor.

Topoloji bu bağlamda çok önemli bir rol oynar. Tıpkı bir kahve fincanı ile çörekin tek ve değişmeyen delikleri nedeniyle topolojik olarak eşdeğer olması gibi, belirli özelliklerin korunmasını sağlar.

Profesör Forbes, “Dolaşık fotonlarımız benzer” diye açıklıyor. “Dolaşıklıkları esnektir, ancak bazı özellikler sabit kalır.”

Çalışma özellikle 1980'lerde Tony Skyrmion tarafından ortaya atılan bir kavram olan Skyrmion topolojisine bakıyor. Bu senaryoda topoloji, nasıl işlenirse işlensin bir kumaşın dokusu gibi değişmeden kalan genel bir özelliği ifade eder.

Kuantum dolaşıklığın uygulamaları

Başlangıçta manyetik malzemeler, sıvı kristaller ve bunların optik benzerleri üzerinde incelenen Skyrmion'lar, veri depolama teknolojisindeki kararlılıkları ve potansiyelleri nedeniyle yoğun madde fiziğinde övgüyle karşılandı.

Forbes, “Kuantum dolaşmış skyrmion'larımızla benzer dönüştürücü etkiler elde etmeyi hedefliyoruz” diye ekliyor. Skyrmion'ların konumunu tek bir noktayla sınırlayan önceki araştırmaların aksine, bu çalışma bir paradigma değişimi sunuyor.

Ornelas'ın dediği gibi: “Geleneksel olarak yerel olarak görülen topolojinin aslında yerel olmayan ve mekansal olarak ayrılmış varlıklar arasında paylaşılan topolojinin artık anlıyoruz.”

Buna göre ekip, dolanık durumlar için bir sınıflandırma sistemi olarak topolojiyi kullanmayı önermektedir. Ortak araştırmacı Dr. Ishaq Naib, bunu karmaşık durumların alfabesiyle karşılaştırıyor.

“Alanları ve çörekleri deliklerine göre ayırdığımız gibi, kuantum skyrmyonlarımız da topolojik özelliklerine göre sınıflandırılabilir” diye açıklıyor.

Anahtar fikirler ve gelecekteki araştırmalar

Bu keşif, topolojiyi kuantum bilgisini işleme aracı olarak kullanan yeni kuantum iletişim protokollerinin kapısını açıyor.

Bu tür protokoller, özellikle geleneksel şifreleme yöntemlerinin minimum düzeyde karışıklık nedeniyle başarısız olduğu senaryolarda, bilginin kuantum sistemlerinde kodlanma ve iletilme biçiminde devrim yaratabilir.

Sonuç olarak, bu araştırmanın önemi, onu sahada uygulama olasılığında yatmaktadır. Onlarca yıldır birbirine bağlı devletleri sürdürmek büyük bir zorluk oldu.

Ekibin bulguları, dolaşıklık bozulsa bile topolojinin bozulmadan kalabileceğini ve kuantum sistemleri için yeni bir şifreleme mekanizması sağladığını öne sürüyor.

Profesör Forbes ileriye dönük bir açıklamayla sözlerini şöyle bitiriyor: “Artık yeni protokoller tanımlamaya ve kuantum iletişimine ve bilgi işlemeye yaklaşımımızda devrim yaratabilecek yerel olmayan kuantum durumlarının geniş alanını keşfetmeye hazırız.”

Kuantum dolaşıklığı hakkında daha fazla bilgi

Yukarıda tartışıldığı gibi kuantum dolaşıklığı, kuantum fiziği dünyasında büyüleyici ve karmaşık bir olgudur.

Parçacık çiftlerinin veya gruplarının, parçacıklar bir ara birim ile ayrılmış olsa bile, her bir parçacığın kuantum durumunun diğer parçacıkların durumundan bağımsız olarak tanımlanamayacağı şekilde uzamsal yakınlık oluşturduğu, etkileşime girdiği veya paylaştığı fiziksel bir süreçtir. büyük mesafe. .

Keşif ve tarihsel bağlam

Kuantum dolaşıklığı ilk olarak 1935'te Albert Einstein, Boris Podolsky ve Nathan Rosen tarafından teorileştirildi. Kuantum mekaniğinin bütünlüğüne meydan okuyan Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) paradoksunu önerdiler.

Einstein, parçacıkların geniş mesafelerde birbirlerini anında etkileyebileceği fikrinden duyduğu rahatsızlığı ifade ederek dolaşıklığı “uzaktan ürkütücü eylem” olarak adlandırdı.

Kuantum dolaşıklığın ilkeleri

Kuantum dolanıklığın merkezinde süperpozisyon kavramı vardır. Kuantum mekaniğinde elektronlar ve fotonlar gibi parçacıklar süperpozisyon durumunda bulunurlar, yani aynı anda birden fazla durumda olabilirler.

İki parçacık birbirine karıştığında, aralarında ne kadar uzak olursa olsun birinin durumu (dönme, konum, momentum veya polarizasyon) anında diğerinin durumuyla ilişkilendirilecek şekilde ilişkilidirler.

Bilgisayar ve iletişimde kuantum dolaşıklığı

Kuantum dolaşıklığı, fiziksel yasaların klasik kavramlarına meydan okuyor. Bilginin ışık hızından daha hızlı iletilebileceğini gösteriyor ki bu da Einstein'ın görelilik teorisiyle çelişiyor.

Ancak bu, nedenselliği ihlal edecek şekilde kullanılabilir bilginin hemen aktarılması anlamına gelmez; Aksine, kuantum düzeyinde köklü bir birbirine bağlılığı ima eder.

Kuantum dolanıklığın en heyecan verici uygulamalarından biri kuantum hesaplama alanıdır. Kuantum bilgisayarlar, karmaşık hesaplamaları klasik bilgisayarların başaramayacağı hızlarda gerçekleştirmek için dolaşık durumları kullanır.

Kuantum iletişiminde dolaşıklık, kuantum kriptografisi ve kuantum anahtar dağıtımı gibi, teorik olarak bilgisayar korsanlığına karşı dayanıklı olan yüksek derecede güvenli iletişim sistemleri geliştirmenin anahtarıdır.

Ampirik doğrulama ve güncel araştırma

Teorik başlangıcından bu yana, kuantum dolaşıklığın tuhaf ve mantık dışı doğasının altı çizilerek deneysel olarak birkaç kez kanıtlanmıştır.

Bunların en ünlüsü, yerel gizli değişken teorilerine karşı ve kuantum mekaniği lehine önemli kanıtlar sağlayan Bell testi deneyleridir.

Kısacası kuantum mekaniğinin temel taşı olan kuantum dolaşıklığı yoğun araştırma ve tartışma konusu olmaya devam ediyor. Şaşırtıcı doğası, fiziksel dünyayı anlamamıza meydan okuyor ve teknolojide potansiyel olarak devrim niteliğinde gelişmelerin yolunu açıyor.

Araştırma ilerledikçe, bu garip fenomen için daha pratik uygulamalar bulabilir ve kuantum evreninin daha fazla sırrını açığa çıkarabiliriz.

Araştırmanın tamamı dergide yayınlandı Doğa fotoniği.

—–

Okuduklarımı beğendin mi? İlgi çekici makaleler, özel içerik ve en son güncellemeleri almak için bültenimize abone olun.

Eric Ralls ve Earth.com tarafından sunulan ücretsiz bir uygulama olan EarthSnap'te bizi ziyaret edin.

—–