• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowcy otwierają nowe horyzonty w zdalnym splątaniu kwantowym

    31.05.2011. 16:26
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Europejscy naukowcy otworzyli nowe horyzonty w dziedzinie splątania kwantowo-mechanicznego zdalnych układów kwantowych.

    Zespołowi z Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka w Niemczech udało się wykazać, w jaki sposób dwa zdalne, atomowe układy kwantowe mogą zostać przygotowane do wspólnego stanu "splątania". To oznacza, że jeden układ jest pojedynczym atomem uwięzionym w rezonatorze optycznym, a drugi jest kondensatem Bosego-Einsteina (BEC), który składa się z setek tysięcy ultrazimnych atomów.

    Dokonano milowego kroku w pracach nad siecią kwantową dzięki temu systemowi hybrydowemu dwóch zdalnych, splątanych i nieruchomych węzłów, wygenerowanych przez zespół w ramach badań, które otrzymały wsparcie na kwotę 5,3 mln EUR jako część projektu AQUTE (Atomowe technologie kwantowe), finansowanego z tematu "Technologie informacyjne i komunikacyjne" Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE.

    To Albert Einstein jako pierwszy nazwał kwantowo-mechaniczne zjawisko splątania "upiornym oddziaływaniem na odległość" z powodu jego dziwnych następstw. Fizycy od lat próbują wypracować koncepcje, w ramach których można byłoby wykorzystać to zjawisko do celów praktycznych, takich jak bezpieczna transmisja danych, gdzie splątanie generowane w procesie lokalnym musiałoby zostać rozprowadzone wśród zdalnych układów kwantowych.

    Ponadto tego typu sieci mogą również pomóc w opracowaniu uniwersalnego komputera kwantowego, w którym bity kwantowe mogą być wymieniane na fotony między węzłami zaprojektowanymi do przechowywania i przetwarzania informacji.

    W kwantowo-mechanicznym zjawisku splątania dwa układy kwantowe są zgrupowane w taki sposób, że ich właściwości stają się ściśle ze sobą skorelowane, co wymaga bliskiego kontaktu cząstek. Jednakże w przypadku wielu aplikacji w ramach sieci kwantowej konieczne jest dzielenie splątania między dwa zdalne węzły zwane "nieruchomymi" bitami kwantowymi. Jednym ze sposobów osiągnięcia tego celu jest wykorzystanie fotonów lub "latających" bitów kwantowych do przenoszenia splątania.
    Pod wieloma względami przypomina to klasyczną telekomunikację, w której światło jest wykorzystywane do przenoszenia informacji między komputerami czy telefonami. Aczkolwiek w przypadku sieci kwantowej to zadanie jest znacznie trudniejsze, ponieważ stany splątania kwantowego są wyjątkowo słabe i mogą przetrwać jedynie wtedy, kiedy cząstki są dobrze odizolowane od swojego środowiska.

    Prowadzący badania zespół z Niemiec posunął prace naprzód, przygotowując dwa atomowe układy kwantowe w stanie splątania, zlokalizowane w dwóch różnych laboratoriach. Z jednej strony można je postrzegać jako uwięzienie pojedynczego atomu rubidu wewnątrz rezonatora optycznego utworzonego przez dwa silnie odblaskowe lustra, a z drugiej jako zespół setek tysięcy ultrazimnych atomów rubidu tworzących BEC. W BEC wszystkie cząstki mają takie same właściwości kwantowe, a zatem wszystkie funkcjonują jak jeden "superatom".

    "BEC doskonale nadaje się na pamięć kwantową, gdyż ten egzotyczny stan pozostaje wolny od wpływu jakichkolwiek zakłóceń powodowanych ruchem cieplnym" - wyjaśnia Matthias Lettner, współautor artykułu. "To umożliwia bardzo sprawne przechowywanie i wyszukiwanie informacji oraz utrzymywanie tego stanu przez długi czas. Wymiana informacji kwantowych między fotonami a atomami układów kwantowych wymaga silnej interakcji światło-materia. W przypadku pojedynczego atomu osiągamy to poprzez wielokrotne odbicia między dwoma lustrami rezonatora, podczas gdy w przypadku BEC interakcja światło-materia jest wzmacniana przez dużą liczbę atomów."

    Ogólnym celem projektu AQUTE jest opracowanie technologii kwantowych opartych na systemach atomowych, molekularnych i optycznych (AMO) na potrzeby skalowalnej informatyki kwantowej i technologii bazujących na splątaniu, takich jak metrologia czy odczyt fizyczny. Ponadto projekt ma ustanowić i wykorzystywać nowe powiązania interdyscyplinarne wynikające z fizyki AMO, włączając również koncepcje i eksperymentalne środowiska układów stanu stałego, aby zacieśnić relacje interdyscyplinarne na pograniczach informatyki kwantowej i innych dziedzin fizyki, czy też nauki w ogóle, oraz dojść do nowych systemów hybrydowych, które łączą w spójny sposób różne pod względem fizycznym kwantowe stopnie swobody.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    W kwantowej teorii informacji kodowanie supergęste to technika używana do wysyłania dwóch bitów klasycznej informacji przy użyciu tylko jednego kubitu z pomocą splątania. Harald Weinfurter (ur. 14 maja 1960 w Steyr) – profesor fizyki w Uniwersytetecie Ludwiga Maximiliana (niem. Ludwig-Maximilians-Universität München, LMU, Uniwersytet Monachijski). Specjalista w dziedzinie eksperymentów dotyczących podstaw mechaniki kwantowej, a w szczególności: kwantowej interferometrii ze skorelowanymi fotonami, kwantowego splątania, nierówności Bella, kwantowej komunikacji i przetwarzania informacji, kwantowej kryptografii i metrologii. Teleportacja kwantowa (QT z ang. quantum teleportation) – w kwantowej teorii informacji technika pozwalająca na przeniesienie stanu kwantowego na dowolną odległość z wykorzystaniem stanu splątanego.

    Bramki kwantowe – proste elementy wykonujące podstawowe obliczenia przeprowadzane przez algorytmy kwantowe. Bramki kwantowe stanowią podstawowe operacje realizowane przez komputery kwantowe i służą do przetwarzania informacji kwantowej. Bramki kwantowe na schematach obwodów kwantowych oznaczamy za pomocą ramek, a w obliczeniach stosujemy postać macierzy unitarnych. Stan splątany – rodzaj skorelowanego stanu kwantowego dwóch lub więcej cząstek lub innych układów kwantowych. Ma on niemożliwą w fizyce klasycznej cechę polegającą na tym, że stan całego układu jest lepiej określony niż stan jego części.

    Ultrazimne atomy – termin używany do opisania gazu atomów o temperaturach bliskich 0 kelwina (zera bezwzględnego). Za graniczną temperaturę poniżej, której układ nazywamy ultrazimnym przyjmuje się 1 mK, podczas gdy zimnym nazywamy gaz, którego temperatura jest mniejsza niż 1 K. Temperatury otrzymywanych powszechnie w laboratoriach ultrazimnych gazów atomów mieszczą się pomiędzy 1 μK a 1 nK (1 × 10 – 1 × 10 K), przy czym udało się również otrzymać gazy o temperaturach poniżej 500 pK (500 × 10K). W tak niskich temperaturach klasyczny opis gazów zawodzi, ponieważ zjawiska kwantowe zaczynają odgrywać dominującą rolę, a co za tym idzie, do poprawnego opisu badanych układów należy używać mechaniki kwantowej. Kwantowa natura w reżimie ultraniskich temperatur przejawia się m.in. występowaniem kondensacji Bosego-Einsteina w przypadku atomów bozonowych lub zdegenerowanych gazów Fermiego, kiedy atomy są fermionami. Gazy ultrazimnych atomów znalazły też zastosowania w optyce nieliniowej, dokładnych pomiarach kwantowych właściwości pojedynczych atomów, inżynierii stanów kwantowych, precyzyjnej spektroskopii i zegarach atomowych. Dekoherencja kwantowa, to w mechanice kwantowej proces opisujący oddziaływanie obiektu kwantowego z otoczeniem. Jest to fundamentalny proces tłumaczący w jaki sposób mechanika klasyczna może być rozumiana jako przybliżenie mechaniki kwantowej. Oddziaływanie z otoczeniem stanowi realizację kwantowego pomiaru, procesu który prowadzi do redukcji funkcji falowej. Dekoherencja zakłada oddziaływanie obiektu z otoczeniem w sposób nieodwracalny w sensie termodynamicznym, co niszczy interferencję między danym obiektem i otoczeniem. Innymi słowy dekoherencja eliminuje ewentualne splątanie układu kwantowego z otoczeniem. Dekoherencja może być rozumiana jako utrata informacji o układzie wskutek jego oddziaływania z otoczeniem.

    Buchta – zwój liny ułożony specjalnie w taki sposób, aby można było z tej liny od razu skorzystać (rozwinąć) bez ryzyka splątania. Zespół splątaniowy, zespół amentywny (określene też jako splątanie, amencja) – zaburzenia świadomości o etiologii egzogennej przejawiające się głębokimi zmianami świadomości. Zwykle jest to przejaw ciężkiej dysfunkcji mózgu. Występuje w przebiegu niewydolności krążenia mózgowego, infekcjach, zatruciach, zaburzeniach metabolicznych (cukrzyca, uszkodzenie wątroby, nerek), czasem jako powikłanie przebiegu psychoz endogennych (mania, katatonia).

    Inkoherencja (łac. incoherentio), rzadziej określana też jako splątanie - zaburzenie myślenia, wyrażające się w rozrywaniu związków pomiędzy członami myślenia. Zaliczana jest do zaburzeń struktury myślenia i skutkuje utratą spójności wypowiedzi w obrębie zdań. Dla zobrazowania dezorganizacji wypowiedzi używa się również określenia "sałata słowna". Może wystąpić w przebiegu ostrych psychoz z zaburzeniami świadomości np. w zespole splątaniowym (amentywnym), w schizofrenii o ostrym przebiegu.

    Gametofor (gr. gamétes – małżonek, phorá – noszenie) – u roślin część gametofitu, na której powstają narządy płciowe (gametangia). W szczególności termin stosowany jest w odniesieniu do ulistnionych łodyżek mszaków wyrastających ze splątka i zakończonych rodniami i plemniami. U mszaków, u których splątek jest tworem krótkotrwałym (np. u torfowców), gametofor można utożsamiać z gametofitem. Po zapłodnieniu z rodni na szczycie gametoforu wyrasta sporofit. Gametofor jest w przypadku mchów zasadniczą częścią pokolenia płciowego.

    Splądrowanie Rzymu (846): Jeden z wielu przypadków splądrowania Rzymu. To z roku 846 było jedynym muzułmańskim złupieniem stolicy kościoła chrześcijańskiego. Główna liczba kwantowa (n) - pierwsza z liczb kwantowych opisujących układ kwantowy określająca energię układu, np. energię elektronów w atomie. Przyjmuje ona wartości liczb naturalnych n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7... Stany kwantowe o tej samej wartości głównej liczby kwantowej tworzą powłokę elektronową, zwaną poziomem energetycznym. Powłoki te oznacza się kolejno K, L, M, N, O, P, Q. Powłoce K odpowiada n = 1, powłoce L odpowiada n = 2...

    Term atomowy – w mechanice kwantowej, obserwowany stan atomu, odpowiadający rzeczywistym stanom o różnej energii, charakteryzujący się określonymi wartościami liczb kwantowych. Artur Ekert (ur. 19 września 1961 we Wrocławiu) – fizyk prowadzący badania w zakresie podstaw mechaniki kwantowej oraz kwantowego przetwarzania informacji. Obecnie zajmuje on stanowiska profesora fizyki kwantowej na wydziale Matematyki Uniwersytetu Oksfordzkiego a także profesora honorowego Lee Kong Chian (Lee Kong Chian Centennial Professor) na Narodowym Uniwersytecie Singapuru oraz dyrektora Centrum Technologii Kwantowych działającego w ramach tego uniwersytetu.

    Splątka (Anemia Sw.) – rodzaj pnących paproci z monotypowej rodziny splątkowate (Anemiaceae) z rzędu szparnicowców (Schizaeales). W niektórych ujęciach część gatunków wyodrębnianych jest w rodzaj Mohria. W szerszym ujęciu należy tu ponad 100 gatunków występujących głównie na kontynentach amerykańskich, z nielicznymi gatunkami obecnymi w Afryce, Azji południowej i na wyspach Oceanu Indyjskiego. Kwantowa teoria pola w zakrzywionej czasoprzestrzeni (ang. Quantum Field theory in curved spacetime) – uogólnienie kwantowej teorii pola, które umożliwia opis kwantowych pól materii propagujących się na ustalonej rozmaitości pseudoriemanowskiej, odgrywającej rolę czasoprzestrzeni. Teoria ta uwzględnia wpływ klasycznego pola grawitacyjnego, przejawiającego się, jako zakrzywienie czasoprzestrzeni, na skwantowane pola związane z pozostałymi oddziaływaniami. Jej najważniejszym przewidywaniem jest produkcja par cząstka-antycząstka w silnym, zależnym od czasu polu grawitacyjnym. Pomimo braku eksperymentalnego potwierdzenia, oczekuje się, że teoria ta dobrze opisuje procesy, w których można pominąć wpływ wyprodukowanych cząstek na pole grawitacyjne, oraz których charakterystyczna skala energii jest znacznie mniejsza od energii Plancka.

    Dodano: 31.05.2011. 16:26  


    Najnowsze