Nebo, pro zjednodušení, uvažovat dvě „zapletený“ čtvrtiny, každý skrytý pod hrnek. Pokud se dva lidé, Bob a Alice, byl každý vzal jednu z těch čtvrtin do jiné místnosti, ubikace by zůstaly obě hlavy a ocasy, dokud jeden člověk zvedl pohár a pozorovat jeho nebo její čtvrtinu; v tomto bodě, to by se náhodně stane buď panna nebo orel. Pokud by Alice nejprve zvedla svůj pohár a její čtvrtina byla ocasy, pak když Bob pozoroval jeho čtvrtinu, byly by to také ocasy., Pokud jste experiment opakovali a mince jsou pokryty ještě jednou, vrátili by se do stavu superpozice. Alice by zase zvedla svůj pohár a tentokrát by mohla najít svou čtvrtinu jako hlavy. Bob by pak také našel svou čtvrť jako hlavy. Zda je první čtvrtletí zjištěno jako hlavy nebo ocasy, je zcela náhodné.
Podobně, když výzkumník zaplétá dva fotony a pak pošle každý z nich v různých směrech za pečlivě kontrolovaných podmínek, budou i nadále být ve stavu superpozice, a to jak horizontálně a vertikálně polarizované., Pouze když se měří jeden z fotonů, oba náhodně přijmou pouze jeden ze dvou možných polarizačních stavů.
„Kvantové korelace jsou hluboce odlišné, než běžné korelace,“ říká Preskill. „A náhodnost je klíčem. Tato strašidelná vnitřní náhodnost je vlastně to, co vadilo Einsteinovi. Je však nezbytné, jak funguje kvantový svět.“
„Vědci často používají slovo korelace vysvětlit, co se děje mezi těmito částicemi,“ dodává Oskar Malíř, John G. Braun, Profesor Aplikované Fyziky a Fyziky na Caltechu., „Ale ve skutečnosti je zapletení dokonalým slovem.“
Zapletení na entou
Rozmotání vztah mezi dvě provázané částice, může být obtížné, ale skutečnou výzvou je pochopit, jak stovky částic, ne-li více, může být podobně propojené.
Podle Manuel Endres, asistent profesora fyziky na Caltechu, jedním z prvních kroků k pochopení, mnoho-tělo zapletení je vytvořit a ovládat ji v laboratoři., K tomu Endres a jeho tým používají přístup hrubou silou: navrhují a vytvářejí laboratorní experimenty s cílem vytvořit systém 100 zapletených atomů.
„to je zásadně velmi obtížné,“ říká Endres. Ve skutečnosti poznamenává, že by to bylo obtížné i v mnohem menším měřítku. „Pokud vytvořím systém, kde generuji například 20 zapletených částic, a pošlu 10 jedním způsobem a 10 jiným způsobem, pak musím měřit, zda je každá z těchto prvních 10 částic zapletena do každé z druhé sady 10., Existuje mnoho různých způsobů, jak se podívat na korelace.“
Zatímco za úkol popsat ty korelace je obtížné, popisující systém 100 zapletený atomy s klasickými počítači bitů by bylo nepředstavitelně těžké. Například úplný klasický popis všech kvantových korelací mezi až 300 zapletenými částicemi by vyžadoval více bitů než počet atomů ve viditelném vesmíru. „Ale to je celý smysl a důvod, proč to děláme,“ říká Endres., „Věci se tak zapletou, že potřebujete obrovské množství prostoru k popisu informací. Je to složité zvíře, ale je to užitečné.“
„Obecně platí, že počet parametrů je třeba popsat systém bude škálovat až exponenciálně,“ říká Vidick, který pracuje na matematických a výpočetních nástrojů k popisu zapletení. „Vybuchne velmi rychle, což je obecně důvod, proč je těžké dělat předpovědi nebo simulace, protože tyto systémy nemůžete ani reprezentovat v paměti notebooku.,“
Chcete-li vyřešit tento problém, Vidick a jeho skupina pracuje na přichází s výpočetní reprezentace zapletený materiály, které jsou jednodušší a stručnější, než modely, které v současnosti existují.
„Kvantové mechaniky a myšlenek kvantové výpočetní nás nutí myslet mimo krabici,“ říká.
křehký ekosystém
další faktor při vytváření a řízení kvantových systémů souvisí s jejich jemnou povahou., Jako Mimosa pudica ,člen rodiny hrachu, známé také jako „citlivých rostlin“, který droops, když jeho listy jsou dotkl, zapletený státy mohou snadno zmizet, nebo se zhroutí, když se změní prostředí dokonce mírně. Například akt pozorování kvantového stavu ho ničí. „Nechcete se ani podívat na svůj experiment, ani na něj dýchat,“vtipkuje malíř. Dodává Preskill, “ nezapínejte světlo a ani se neodvažujte chodit do místnosti.,“
problém je v tom, že zapletené částice se rychle zaplétají do prostředí kolem nich, během několika mikrosekund nebo rychleji. To pak zničí původní zapletený stav, který by se výzkumník mohl pokusit studovat nebo používat. Dokonce i jeden zbloudilý foton letící experimentem může způsobit, že celá věc bude zbytečná.
„musíte být schopni vytvořit systém, který je zapletený jen sama se sebou, ne s vaším přístrojem,“ říká Endres. „Chceme, aby částice spolu mluvili kontrolovaným způsobem., Ale nechceme, aby mluvili s ničím ve vnějším světě.“
v oblasti kvantového počítání je tato křehkost problematická, protože může vést k výpočetním chybám. Kvantové počítače mají příslib řešení problémů, které klasické počítače nemohou, včetně těch v kryptografii, chemii, finančním modelování a dalších. Tam, kde klasické počítače používají binární bitů (buď „1“ nebo „0“) se přenáší informace, kvantové počítače použít „qubits“, které existují ve státech „1“ a „0“ současně., Jako Preskill vysvětluje, qubits v tomto kombinovaném stavu, nebo superpozice, bude živá i mrtvá, odkaz na slavný myšlenkový experiment navržený Erwin Schrödinger v roce 1935, ve které kočka v krabici je živá i mrtvá, dokud ta krabice není otevřena, a kočka je pozorován být jedno, nebo druhé. A co víc, všechny ty qubity jsou zamotané. Pokud by se qubity nějak od sebe oddělily, kvantový počítač by nebyl schopen provádět své výpočty.,
K řešení těchto problémů, Preskill a Alexej Kitaev (Caltech Ronalda a Maxine Linde Profesor Teoretické Fyziky a Matematiky a příjemce 2012 Průlom Cenu v Základní Fyzice), spolu s dalšími teoretiky v Caltechu, vymysleli koncept skrýt kvantové informace v rámci globální zapletený stát, taková, že žádný z jednotlivých bitů odpověď. Tento přístup je podobný distribuci kódu mezi stovkami lidí žijících v různých městech., Nikdo by neměl celý kód, takže kód by byl mnohem méně zranitelný vůči objevu.