211service.com
Eerste waarneming van 8 verstrengelde fotonen vernietigt verstrengelingsrecord
Verstrengeling is het vreemde kwantumfenomeen waarin objecten zo nauw met elkaar verbonden raken dat ze hetzelfde bestaan delen. In de taal van de natuurkunde worden ze beschreven door dezelfde golffunctie.
Dingen in de war brengen is eigenlijk niet zo moeilijk. Bij de meeste interacties gaat het om een of andere verstrengeling.
De moeilijkheid is om het vast te leggen. Verstrengeling is een kwetsbaar en vluchtig fenomeen. Knipperen en het lekt in de omgeving. Daarom is het zo moeilijk te bewaren, te observeren en uiteindelijk zo moeilijk voor natuurkundigen om mee te spelen.
De afgelopen jaren hebben natuurkundigen geleerd hoe ze allerlei soorten objecten in paren kunnen verstrengelen - fotonen, elektronen, atomen enzovoort. In 1999 creëerden ze een qutrit door drie fotonen te verstrengelen. Vorig jaar hebben ze zelfs 6 fotonen verstrengeld.
Tegenwoordig zeggen Xing-Can Yao en vrienden van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China in Hefei echter dat ze dit record hebben verbroken door 8 fotonen te verstrengelen en ze vervolgens allemaal tegelijk te manipuleren en te observeren.
Dat is geen gemakkelijke prestatie. Acht fotonen op hetzelfde moment precies daar krijgen waar u ze wilt hebben, is het kwantummechanische equivalent van het hoeden van katten (duidelijk van de Schrödinger-variëteit).
De truc is om eerst een foton met hoge energie door een niet-lineair kristal te sturen, dat het omzet in twee verstrengelde fotonen met een lagere energie. Een daarvan, foton A, komt het experimentele apparaat binnen, terwijl de andere door een ander kristal weer in tweeën wordt gesplitst.
Dit paar is natuurlijk verstrengeld met foton A. Een van dit paar gaat dan het apparaat binnen terwijl de andere weer wordt gesplitst, waardoor weer een ander paar ontstaat dat verstrengeld is met foton A. Een van deze gaat het apparaat binnen terwijl de andere wordt gesplitst en zo verder, totdat er acht fotonen in het apparaat zitten, allemaal verstrengeld met elkaar en foton A .
Het probleem met dit proces is dat het resulteert in een zeer zwakke straal. Met het soort lasers dat tot voor kort beschikbaar was, was het beste dat kon worden beheerd een telsnelheid van ongeveer 10^-5 hertz. Dat is één gelijktijdige aanval van 8-fotonen elke honderdduizend seconden of ongeveer één telling per dag. Zelfs postdocs hebben niet zoveel geduld.
Xing-Can Yao en co zeggen dat ze dit hebben opgelost door een veel helderdere ultraviolette laserbron te gebruiken die verstrengelde fotonparen met een veel hogere snelheid produceert. Natuurlijk moesten ze ook leren hoe ze acht verstrengelde fotonen moesten manipuleren.
Dat is belangrijk. Met acht verstrengelde fotonen komt natuurkundigen het dichtst in de buurt bij het hebben van een Schrodinger-kat in het laboratorium. Dit kan nieuwe inzichten opleveren in ons begrip van de intrigerende vragen van klassieke naar kwantumtransitie, zeggen Xing-Can Yao en co.
Maar het maakt ook een groot aantal andere kwantumtrucs mogelijk. Een staat van 8 fotonen zou hen bijvoorbeeld in staat moeten stellen een krachtige manier te demonstreren om kwantumfouten te corrigeren, topologische foutcorrectie genaamd. Veel natuurkundigen denken dat topologische foutcorrectie een van de technologieën zal zijn die grootschalige kwantumcomputers mogelijk maken, maar tot nu toe heeft niemand dit kunnen testen.
En als ze een toestand van 8 fotonen kunnen manipuleren, kunnen ze andere kwantumsystemen simuleren. Dat moet het mogelijk maken om voor het eerst verschillende fenomenen in de kwantumchemie en zelfs in de biofysica te simuleren.
En om het te doen met alleen licht (met een beetje rook en spiegels erin).
Referentie: arxiv.org/abs/1105.6318 : Observatie van acht-fotonverstrengeling