211service.com
Natuurkundigen ontdekken het geheim van Quantum Remote Control
Teleportatie is een van de meer buitengewone fenomenen in de kwantumwereld. Het stelt een kwantumobject, zoals een foton of elektron, in staat om van de ene locatie naar de andere te reizen zonder door de ruimte ertussen te gaan.
Teleportatie is een standaardprocedure in elk fatsoenlijk laboratorium voor kwantummechanica. Natuurkundigen gebruiken het dagelijks voor kwantumcommunicatie en kwantumberekening.
Als dat exotisch klinkt, heb je nog niets gezien; teleportatie staat op het punt een heel stuk vreemder te worden. Dat komt omdat natuurkundigen tot nu toe alleen afzonderlijke deeltjes één voor één konden teleporteren. Vandaag zeggen Christine Muschik in het Mediterranean Technology Park in Barcelona en een stel vrienden dat ze hebben uitgevonden hoe ze kwantumdingen continu kunnen teleporteren.
Daardoor kunnen ze het ene kwantumdeeltje manipuleren terwijl ze kijken naar de effecten die elders in een ander deeltje optreden. Dat is in wezen kwantumafstandsbediening.
De basisopstelling is een eenvoudige uitbreiding van traditionele teleportatie. Dit is mogelijk dankzij een vreemd kwantumfenomeen dat verstrengeling wordt genoemd en dat optreedt wanneer twee kwantumdeeltjes zo diep met elkaar verbonden zijn dat ze hetzelfde bestaan delen.
In wiskundige termen worden beide deeltjes beschreven door een enkele golffunctie. Dus elke manipulatie van het ene deeltje heeft automatisch direct invloed op het andere, ongeacht de afstand ertussen.
Teleportatie treedt op wanneer de eerste van deze verstrengelde deeltjes een interactie aangaat met een ander kwantumdeeltje, laten we het X noemen. Deze interactie beïnvloedt onmiddellijk de toestand van het tweede verstrengelde deeltje.
De truc die natuurkundigen hebben geperfectioneerd, is om deze interactie zo te regelen dat het tweede verstrengelde deeltje in dezelfde staat terechtkomt als het kwantumdeeltje genaamd X. Dit is niet alleen een zeer vergelijkbare staat, het is een identieke staat - geen enkele meting kan onderscheid maken dit deeltje van de originele X. Wanneer dit gebeurt, is X geteleporteerd.
De nieuwe techniek werkt op een vergelijkbare manier. Ten eerste creëren natuurkundigen een paar verstrengelde deeltjes. Vervolgens plaatsen ze een deeltje in een wisselend magnetisch veld om de toestand ervan te beïnvloeden.
De nieuwe truc die ze hebben ontdekt, is om dit experiment zo in te richten dat manipulatie van het eerste deeltje ervoor zorgt dat de toestand van zijn verstrengelde partner op dezelfde manier verandert.
Met andere woorden, ze gebruiken het magnetische veld in één gebied van de ruimte om continu de toestand van een deeltje ergens anders in de ruimte te regelen. Of zoals Muschick en co het zeggen: we laten zien hoe het vermogen om kwantumbewerkingen continu en deterministisch uit te voeren, kan worden gebruikt om niet-lokale dynamiek tussen twee afzonderlijke partijen te induceren.
De nieuwe techniek is gebaseerd op een subtiele truc. Natuurkundigen weten al lang dat verstrengeling een fragiel iets is - een meting op een van de twee vernietigt de link tussen hen, en daarom zijn natuurkundigen alleen in staat geweest om afzonderlijke deeltjes één voor één te teleporteren.
Dit is inderdaad een algemeen probleem in de kwantumwereld: nies en je vernietigt de kwantumaard van het systeem dat je bestudeert.
De afgelopen jaren hebben natuurkundigen echter ontdekt hoe ze kwantumobjecten kunnen manipuleren zonder hun kwantumkarakter te vernietigen. De truc is om ze heel voorzichtig een duwtje in de rug te geven. Door dit continu te doen, ontstaat er uiteindelijk een significante verandering met behoud van de kwantumkenmerken van het systeem.
De doorbraak die Muschik en co hebben gemaakt, is om uit te zoeken hoe je dezelfde soort zachte duwtjes op een verstrengeld systeem kunt uitvoeren, iets dat meteen leidt tot kwantumbesturing op afstand.
Dat is een interessante en potentieel belangrijke ontwikkeling met één kanttekening: het nieuwe werk is volledig theoretisch. Er lijkt echter geen enkele reden te zijn waarom kwantumafstandsbediening op dit moment niet zou kunnen worden geprobeerd in een fatsoenlijk kwantumopticalab. Verschillende leden van dit team hebben inderdaad toegang tot precies het soort faciliteiten dat kan worden gebruikt om het idee te testen.
Het is moeilijk te geloven dat deze jongens niet een paar uur hebben gespendeerd aan spiegels en lensdoekjes in een poging om dit te laten werken. Dus misschien kunnen we redelijk optimistisch zijn om eerder vroeger dan later experimentele verificatie te zien.
Een interessantere vraag is wat het gebruik van kwantum-afstandsbedieningen zou kunnen zijn. Het vermogen om de toestand van kwantumobjecten op afstand te controleren, zou enorme toepassingen moeten hebben. Misschien willen lezers van deze blog er een paar voorstellen in de opmerkingen hieronder.
Referentie: arxiv.org/abs/1304.0319 : Kwantumteleportatie van dynamiek en effectieve interacties tussen systemen op afstand
