, Eller, for at forenkle, overveje to “indviklet” quarters, hver skjult under en kop. Hvis to personer, Bob og Alice, hver tog et af disse kvartaler til et andet rum, ville kvartalerne forblive både hoveder og haler, indtil en person løftede koppen og observerede hans eller hendes kvarter; på det tidspunkt ville det tilfældigt blive enten hoveder eller haler. Hvis Alice først løftede sin kop, og hendes kvart var haler, så ville det også være haler, når Bob observerede sit kvart., Hvis du gentog eksperimentet, og mønterne er dækket igen, ville de gå tilbage til at være i en superposition. Alice ville løfte sin kop igen og kunne finde hendes kvart som hoveder denne gang. Bob ville så også finde sit kvarter som hoveder. Hvorvidt det første kvartal viser sig at være plat eller krone er helt tilfældigt.
tilsvarende, når en forsker sammenfiltrer to fotoner og derefter sender hver i forskellige retninger under omhyggeligt kontrollerede forhold, vil de fortsat være i en tilstand af superposition, både vandret og lodret polariseret., Først når en af fotonerne måles, vedtager begge tilfældigt kun en af de to mulige polarisationstilstande.
” Kvantekorrelationer er dybt forskellige end almindelige korrelationer,” siger Preskill. “Og tilfældighed er nøglen. Denne uhyggelige indre tilfældighed er faktisk det, der generede Einstein. Men det er vigtigt for, hvordan kvanteverdenen fungerer.”
“Forskere bruger ofte ordet sammenhæng til at forklare, hvad der sker mellem disse partikler,” tilføjer Oskar Maler, John G Braun Professor i Anvendt Fysik og Fysik på Caltech., “Men faktisk er sammenfiltring det perfekte ord.”
Entanglement til den n ‘ te Grad
Udrede forholdet mellem to sammenfiltrede partikler kan være svært, men den virkelige udfordring er at forstå, hvordan hundredvis af partikler, hvis ikke mere, kan tilsvarende være indbyrdes forbundet.
ifølge Manuel Endres, en adjunkt i fysik ved Caltech, er et af de første skridt mod at forstå mange-krops sammenfiltring at skabe og kontrollere det i laboratoriet., For at gøre dette bruger Endres og hans team en brute force-tilgang: de designer og bygger laboratorieeksperimenter med det formål at skabe et system med 100 sammenfiltrede atomer.
“dette er grundlæggende ekstremt vanskeligt at gøre,” siger Endres. Faktisk bemærker han, at det ville være svært selv i meget mindre skala. “Hvis jeg opretter et system, hvor jeg for eksempel genererer 20 sammenfiltrede partikler, og jeg sender 10 en måde og 10 en anden måde, så skal jeg måle, om hver enkelt af de første 10 partikler er sammenfiltret med hvert af de andre sæt af 10., Der er mange forskellige måder at se på korrelationerne på.”
mens opgaven med at beskrive disse korrelationer er vanskelig, ville det være ufatteligt svært at beskrive et system med 100 sammenfiltrede atomer med klassiske computerbits. For eksempel ville en komplet klassisk beskrivelse af alle kvantekorrelationerne blandt så mange som 300 sammenfiltrede partikler kræve flere bits end antallet af atomer i det synlige univers. “Men det er hele pointen og grunden til, at vi gør dette,” siger Endres., “Tingene bliver så sammenfiltrede, at du har brug for en enorm mængde plads til at beskrive Informationen. Det er et kompliceret dyr, men det er nyttigt.”
“generelt vil antallet af parametre, du har brug for til at beskrive systemet, skaleres eksponentielt,” siger Vidick, der arbejder på matematiske og beregningsværktøjer til at beskrive sammenfiltring. “Det blæser meget hurtigt op, hvilket generelt er grunden til, at det er svært at lave forudsigelser eller simuleringer, fordi du ikke engang kan repræsentere disse systemer i din bærbare computers hukommelse.,”
for at løse dette problem arbejder Vidick og hans gruppe på at komme med beregningsmæssige repræsentationer af sammenfiltrede materialer, der er enklere og mere kortfattede end modeller, der i øjeblikket findes.
“kvantemekanik og ideerne bag kvanteberegning tvinger os til at tænke uden for boksen,” siger han.
Et Skrøbeligt Økosystem
en Anden faktor i at skabe og kontrollere quantum systems har at gøre med deres sarte natur., Ligesom Mimosa pudica, et medlem af ærtefamilien, også kendt som den “følsomme plante”, der droops, når dens blade røres, sammenfiltrede tilstande kan let forsvinde eller kollapse, når miljøet ændrer sig endda lidt. For eksempel ødelægger handlingen med at observere en kvantetilstand den. “Du vil ikke engang se på dit eksperiment eller trække vejret på det,” vittigheder maler. Tilføjer Preskill, ” tænd ikke lyset, og tør ikke engang gå ind i rummet .,”
problemet er, at sammenfiltrede partikler hurtigt bliver sammenfiltret med miljøet omkring dem, inden for et spørgsmål om mikrosekunder eller hurtigere. Dette ødelægger derefter den oprindelige sammenfiltrede tilstand, som en forsker kan forsøge at studere eller bruge. Selv en omstrejfende foton, der flyver gennem et eksperiment, kan gøre det hele ubrugeligt.
“du skal være i stand til at oprette et system, der kun er sammenfiltret med sig selv, ikke med dit apparat,” siger Endres. “Vi ønsker, at partiklerne skal tale med hinanden på en kontrolleret måde., Men vi vil ikke have dem til at tale med noget i omverdenen.”
inden for kvanteberegning er denne skrøbelighed problematisk, fordi det kan føre til beregningsfejl. Kvantecomputere har løftet om at løse problemer, som klassiske computere ikke kan, inklusive dem i kryptografi, Kemi, økonomisk modellering og mere. Hvor klassiske computere bruger binære bits (enten en “1” eller en “0”) til at bære information, bruger kvantecomputere “quubits”, som findes i tilstande af “1” og “0” på samme tid., Som Preskill forklarer, qubits i dette blandet tilstand, eller superposition, ville være både død og levende, en henvisning til den berømte tankeeksperiment foreslået af Erwin Schrödingers i 1935, hvor en kat i en kasse er både død og levende, indtil kassen blev åbnet, og katten er observeret til at være det ene eller det andet. Hvad mere er, disse quubits er alle sammenfiltrede. Hvis quubits på en eller anden måde bliver adskilt fra hinanden, ville kvantecomputeren ikke være i stand til at udføre sine beregninger.,
for At løse disse problemer, Preskill og Alexei Kitaev (Caltech s Ronald og Maxine Linde Professor i Teoretisk Fysik og Matematik, modtager af 2012 Gennembrud Præmie i Grundlæggende Fysik), sammen med andre teoretikere på Caltech, har udviklet et koncept til at skjule quantum information inden for en global entangled tilstand, sådan at ingen af de enkelte bits har svaret. Denne tilgang er beslægtet med at distribuere en kode blandt hundredvis af mennesker, der bor i forskellige byer., Ingen person ville have hele koden, så koden ville være meget mindre sårbar over for opdagelse.