Фотони: Заплетен или не?

Прагът на фотоните първо се измерва директно и в един експеримент

Фотоните DOE
чете на глас

Заплетени частици, независимо дали са фотони или атоми, са най-малките единици, с които трябва да работят квантовите компютри и квантовата криптография, но и телепортацията. Но заплитането - взаимно влияние, без да се обменя информация или частиците са само в близост една до друга, все още озадачава учените днес. Сега изследователите откриха за първи път само с едно измерване дали и как са заплетени две частици - засега невъзможност. Те съобщават за това в текущия брой на списанието Nature.

Заплетените фотони са като тясно свързана, но доста объркана двойка: Първо и двамата партньори не могат да решат кой купува в хлебопекарната и кой освен месаря. Когато обаче миризмата на свежи ролки примамва едната в пекарната, другата отива без да казва на касапина - без двамата да видят, чуят или обменят по друг начин информация. Това, че сте толкова интимно свързани помежду си, не означава любов във физиката, а перфектно заплитане. А участващите двойки са предимно фотони.

Дали те са напълно или само частично свързани помежду си, учени от Университета в Рио де Жанейро и Института Макс Планк за физиката на сложните системи вече пряко измерват за първи път. Досега физиците успяха да докажат тази степен на заплитане или с големи усилия и много различни измервания по косвен начин. Или вече имаха нужда от доста ясна идея как ще се окажат показанията им.

Заплитане: влияние без обмен на информация

Да бъдете напълно заплетени е например за микроскопични частици като фотони: в момента, в който фотонната двойка се формира в специални кристали, почти не се определят никакви свойства на двата фотона. Къде точно се намират, е толкова неясно, колкото и посоката, в която летят. А как са поляризирани, в каква посока пакетите на техните светлинни вълни вибрират, дори е напълно неясно.

Само когато например един от двата фотона трябва да се разкрие в подходящ филтър, тъй като е поляризиран, той се фиксира в посока на вибрация. Ако се случи вертикална посока, това означава за партньора му: Трябва да се люлее хоризонтално. Фотоните дори могат да плават наоколо в много различни кътчета на Вселената. И информация, която предполага коя поляризация и на двете, те не обменят. показ

Ограничена свобода за фотоните - проблем за изследователите

Фотоните обаче не винаги постигат тази перфектна степен на заплитане. Често вторият фотон запазва повече или по-малко свобода да избере своята поляризация. „Колко силно са заплетени двата фотона, можем да измерим със Съвпадението“, казва Андреас Бухлейтнер, теоретик от Института за физика на Макс Планк по физика на сложни системи. Английският термин Concurrence, който няма немски партньор, показва колко информация носи една частица върху другата. „Показахме, че съвпадението може да се интерпретира като очакваната стойност на наблюдаемост“, казва Бухлейтнер.

Двете черни кутии съдържат фотон на сгъната двойка и нейното копие заедно. Двата черни кръга представляват първия, двата тъмносиви кръга втория фотон в двете копия, сивите засенчени правоъгълници ги обобщават според характеристиките: единият за импулса, другият за поляризацията. Институт Макс Планк за физиката на сложните системи

Най-просто казано, учените предоставиха инструкцията за измерване на задържането на фотоните с един експеримент. Досега един експеримент беше достатъчен само ако два фотона са напълно или изобщо не са затворени. Тогава в първия случай е ясно, че ако единият фотон е хоризонтално поляризиран, например, другият трябва да бъде вертикално поляризиран. Във втория случай това означава: Вторият фотон може да се люлее както му харесва, независимо какво прави първият.

Във всички останали случаи и те са много по-чести, едно измерване не е достатъчно. След това в едно състояние се смесват съществено ограничени и неограничени части. И толкова сложен, че физиците трябва да определят всички измерими характеристики на двойка фотони, за да характеризират състоянието му и по този начин степента на неговото затваряне. Например те са получили тази информация чрез измерване колко висока е вертикалната и хоризонталната част на определена поляризация. Освен това те трябваше да определят как вълновите гребени на тези вибрации се изместват една от друга. По този начин те трябваше да направят голям брой сложни измервания, които са трудна материя дори за лаборатории с най-мощно оборудване.

Само едно измерване съдържа състояние

Флориан Минтер, който беше удостоен с докторска степен от Института Макс Планк за физиката на сложните системи, Марек Кус от Полската академия на науките във Варшава и Андреас Бухлейтнер измислиха елегантен метод на измерване, с който имат само един Измерване в две копия на условие необходимо. "И тези две копия на условие вече дори са поставени на чифт фотони от нашите колеги в Рио", казва Бухлейтнер. Едното копие се съхранява в импулса, а другото - в поляризация.

Поради тези характеристики или, както казват физиците, тези степени на свобода са напълно независими една от друга, така че учените да могат да характеризират различни състояния с тях: в нашия случай състоянието на импулса и състоянието на поляризация. Следователно физиците вече биха могли да характеризират едното копие на състоянието по импулса на фотоните, а другото чрез тяхната поляризация. Експериментът проектира бразилските колеги Buchleitners, така че да могат да определят двата размера независимо един от друг.

Досега експериментаторите успяха да определят степента на объркване по подобен прост начин само при едно условие: преди да изпратят фотоните през апарата си, те трябваше да познаят доста бързо и импулса и поляризацията си. "Вече можем лесно да определим заплитането на неизвестни състояния", казва Бухлейтнер.

(MPG, 21.04.2006 - НПО)