Experiment erhält Verschränkung von sechs Lichtwellen mit einem einzigen Laser

Anonim

Der österreichische Physiker Erwin Schrödinger (1887-1961), einer der Giganten der zeitgenössischen Wissenschaft, betrachtete die Verschränkung als die interessanteste Eigenschaft der Quantenmechanik. Seiner Ansicht nach war es dieses Phänomen, das die Quantenwelt wirklich von der klassischen Welt unterschied. Verschränkung tritt auf, wenn Gruppen von Teilchen oder Wellen so erzeugt werden oder interagieren, dass der Quantenzustand jedes Teilchens oder jeder Welle nicht unabhängig von den anderen beschrieben werden kann, so weit sie voneinander entfernt sind. Experimente, die am Institut für Physik der Universität von São Paulo (IF-USP) in Brasilien durchgeführt wurden, haben sechs Lichtwellen verschränkt, die von einer einfachen Laserlichtquelle, einem optischen parametrischen Oszillator, erzeugt werden.

Artikel über diese Experimente wurden in Physical Review Letters und Physical Review A veröffentlicht. Die Experimente werden in einem speziellen Nachrichtenfeature hervorgehoben, das online veröffentlicht wird.

"Unsere Plattform ist in der Lage, eine massive Verflechtung vieler optischer Moden mit unterschiedlichen, aber genau definierten Frequenzen zu erzeugen, als ob sie die Knoten eines großen Netzwerks verbinden. Die so erzeugten Quantenzustände können durch einen einzigen Parameter gesteuert werden: die Kraft des Äußeren Laser, der das System pumpt ", sagte Marcelo Martinelli, einer der Koordinatoren der Experimente. Martinelli ist Professor am IF-USP und Hauptprojektleiter des Projekts.

"Verschränkung ist eine Eigenschaft, die Quantenkorrelationen zwischen verschiedenen Systemen beinhaltet", sagte Martinelli. "Diese Korrelationen sind ein wichtiger Vorteil, der Quantencomputer gegenüber herkömmlichen elektronischen Computern bei der Durchführung von Aufgaben wie Simulationen oder Primzahl-Factoring, einer kritischen Operation für Datensicherheit in der heutigen Welt, überlegen macht. Aus diesem Grund ist die Schaffung von Systemen mit mehreren verschränkten Komponenten ist eine wichtige Herausforderung bei der Umsetzung der Ideen der Quanteninformationstheorie. "

Schnellere Verarbeitung

In früheren Untersuchungen verschränkte das IF-USP-Team zwei und drei Modi mit dem optischen parametrischen Oszillator. Ihre neuesten Experimente haben den verfügbaren Platz für Informationen, die kodiert werden sollen, verdoppelt.

Diese Idee ist durch eine Analogie leichter zu verstehen. Das klassische Bit ist ein System mit zwei Zuständen, das zu jeder Zeit in nur einem Zustand sein kann - entweder null oder eins. Dies ist die Basis der binären Logik. Das Qubit (Quantenbit) kann eine Eins, eine Null oder irgendeine Quantenüberlagerung dieser zwei Zustände darstellen, so dass es mehr Information codieren kann als ein klassisches Bit.

Verschränkung entspricht der nichtlokalen Korrelation mehrerer Qubits. Nichtlokalität ist ein intrinsisches Merkmal der Natur und einer der Hauptunterschiede zwischen der Quantenphysik und der klassischen Physik, die nur lokale Korrelationen erkennt. Martinelli erklärte, wie dieses allgemeine Prinzip in den Experimenten demonstriert wird. "Ein Laser liefert die gesamte Energie für den Prozess. Der von diesem Laser erzeugte Lichtstrahl trifft auf einen Kristall und erzeugt zwei weitere Felder, die die Eigenschaften des Lasers beibehalten: intensives monochromes Licht mit genau definierten Frequenzen. Das System besteht daher aus Drei intensive Felder: Jedes intensive Feld koppelt ein Paar extrem schwacher Felder, so dass die sechs Felder mit dem Hauptfeld gekoppelt sind. Die Korrelationen zwischen ihnen sind stärker als die Korrelationen, die bei Verwendung unabhängiger Laser möglich sind. "

Das Gerät, das die verschränkten Zustände erzeugt - der optische parametrische Oszillator - besteht aus einem kleinen Kristall zwischen zwei Spiegeln. Der Kristall ist 1 cm lang und der Abstand zwischen den Spiegeln beträgt weniger als 5 cm. Da jedoch die Kühlung eine notwendige Voraussetzung für den Prozess ist, werden der Kristall und die Spiegel in einer Aluminiumbox im Vakuum platziert, um Kondensation zu vermeiden und ein Einfrieren des Systems zu verhindern.

Die Information, die durch eine einzelne Welle kodiert werden kann, ist durch die Unschärferelation begrenzt. In diesem Fall verhalten sich die Wellenamplitude und -phase wie Analoga der Teilchenposition und -geschwindigkeit, die Variablen, die Werner Heisenberg (1901-1976) bei der Formulierung des Prinzips berücksichtigt hat.

"Mit der Verstrickung geht ein Teil der Informationen in jeder einzelnen Welle verloren, aber die globalen Informationen im System bleiben in einer gemeinsamen Form erhalten", sagte Martinelli. "Sharing bedeutet, dass wir, wenn wir eine einzelne Welle beobachten, gleichzeitig über die anderen fünf informiert werden. Jeder Strahl geht zu einem Detektor, und diese Verteilung der Informationen in unabhängige Einheiten erhöht die Verarbeitungsgeschwindigkeit."

Die sechs Wellen umfassen eine Menge. Wenn Informationen von einer Welle erhalten werden, werden Informationen über das gesamte System erhalten. Wenn einer geändert wird, wird das gesamte System geändert.

menu
menu