Vagy, egyszerűsítése, úgy két “kusza” negyedek, mindegyik alá rejtett egy csésze. Ha két ember, Bob és Alice, mindegyiknek egy másik szobába kellene vinnie ezeket a negyedeket, akkor a negyedek mind fejek, mind farok maradnak, amíg egy ember fel nem emeli a poharat, és megfigyeli a negyedét; ezen a ponton véletlenszerűen fej vagy farok lesz. Ha Alice először felemeli a poharát, a negyede pedig farok, akkor amikor Bob megfigyelte a negyedét, az is farok lenne., Ha megismételné a kísérletet, és az érméket még egyszer lefedik, visszatérnének a szuperpozíció állapotába. Alice ismét felemeli a poharát, és ezúttal fejként találja meg a negyedét. Bob ezután fejként is megtalálja a negyedét. Teljesen véletlenszerű, hogy az első negyedév fej vagy farok.
hasonlóképpen, amikor egy kutató két fotont összefonódik, majd mindegyiket különböző irányokba küldi gondosan ellenőrzött körülmények között, továbbra is szuperpozícióban lesznek, mind vízszintesen, mind függőlegesen polarizálva., Csak akkor, ha az egyik fotont mérik, mindkettő véletlenszerűen elfogadja a két lehetséges polarizációs állapot egyikét.
“A kvantum korrelációk mélyen különböznek a szokásos korrelációktól” – mondja Preskill. “És a véletlenszerűség a kulcs. Ez a kísérteties belső véletlenszerűség valójában az, ami zavarta Einsteint. De elengedhetetlen a kvantumvilág működéséhez.”
“A tudósok gyakran használják a korreláció szót, hogy megmagyarázzák, mi történik ezek között a részecskék között” – tette hozzá Oskar Painter, a John G Braun alkalmazott fizika és fizika professzora a Caltech-en., “De valójában a összefonódás a tökéletes szó.”
összefonódás az N.fokhoz
a két összefonódott részecske közötti kapcsolat megszakítása nehéz lehet, de az igazi kihívás annak megértése, hogy több száz részecske, ha nem több, hogyan lehet hasonlóan összekapcsolódni.
Manuel Endres, a Caltech fizikai adjunktusa szerint az egyik első lépés a soktestű összefonódás megértése felé, hogy létrehozza és irányítsa azt a laborban., Ehhez Endres és csapata nyers erő megközelítést alkalmaz: laboratóriumi kísérleteket terveznek és építenek azzal a céllal, hogy létrehozzanak egy 100 összefonódott atomból álló rendszert.
“ezt alapvetően rendkívül nehéz megtenni” – mondja Endres. Valójában megjegyzi, hogy még sokkal kisebb léptékben is nehéz lenne. “Ha létrehozok egy olyan rendszert, ahol például 20 kusza részecskét generálok, és 10-et küldök egy módon, 10-et pedig egy másik módon, akkor meg kell mérnem, hogy az első 10 részecske mindegyike összefonódik-e a másik 10-es halmazzal., A korrelációk vizsgálatának sokféle módja van.”
, Míg a feladata, hogy leírja azokat az összefüggéseket nehéz, leíró rendszer 100 kusza atomok klasszikus számítógép bit lenne elképzelhetetlenül nehéz. Például egy teljes klasszikus leírása az összes kvantum korrelációk között több mint 300 kusza részecskék lenne szükség több Bit, mint az atomok száma a látható univerzumban. “De ez a lényeg és az ok, amiért ezt tesszük” – mondja Endres., “A dolgok annyira belegabalyodnak, hogy hatalmas mennyiségű helyre van szüksége az információ leírásához. Ez egy bonyolult állat, de hasznos.”
“általában a rendszer leírásához szükséges paraméterek száma exponenciálisan növekszik” – mondja Vidick, aki matematikai és számítási eszközökkel dolgozik az összefonódás leírására. “Nagyon gyorsan felrobban, ezért általában nehéz előrejelzéseket vagy szimulációkat készíteni, mert még ezeket a rendszereket sem tudja képviselni a laptop memóriájában.,”
megoldani ezt a problémát, Vidick csoportja dolgozik jön számítógépes ábrázolása kusza anyag, amely sokkal tömörebb, mint a modellek, amelyek jelenleg léteznek.
“A kvantummechanika és a kvantumszámítás mögött rejlő ötletek arra kényszerítenek bennünket, hogy a dobozon kívül gondolkodjunk” – mondja.
a törékeny ökoszisztéma
a kvantumrendszerek létrehozásának és szabályozásának másik tényezője a finom természetük., Mint Mimosa pudica, tagja a borsó család is ismert, mint a “érzékeny növény”, amely droops amikor a levelek megérintette, kusza Államok könnyen eltűnnek, vagy összeomlik, amikor a környezet változik még kissé. Például a kvantumállapot megfigyelésének aktusa elpusztítja. “Nem is akarod megnézni a kísérletedet, vagy lélegezni rajta” – viccelődik Painter. Preskill hozzáteszi: “ne kapcsold be a lámpát, és ne merj bemenni a szobába.,”
a probléma az, hogy a belegabalyodott részecskék gyorsan, mikroszekundumban vagy gyorsabban összefonódnak a körülöttük lévő környezettel. Ez aztán elpusztítja az eredeti kusza állapotban a kutató esetleg megpróbálja tanulmányozni vagy használni. Még egy kóbor foton repül egy kísérlet teszi az egészet haszontalan.
” képesnek kell lennie arra, hogy olyan rendszert hozzon létre, amely csak magával, nem pedig a készülékével összefonódik ” – mondja Endres. “Azt akarjuk, hogy a részecskék ellenőrzött módon beszéljenek egymással., De nem akarjuk, hogy a külvilággal beszéljenek.”
a kvantumszámítás területén ez a törékenység problémás, mert számítási hibákhoz vezethet. A kvantumszámítógépek Olyan problémák megoldásának ígéretét hordozzák, amelyeket a klasszikus számítógépek nem tudnak megoldani, beleértve a kriptográfiát, a kémiát, a pénzügyi modellezést stb. Ahol a klasszikus számítógépek bináris biteket (“1” vagy “0”) használnak az információk hordozására, a kvantumszámítógépek “qubitokat” használnak, amelyek egyidejűleg “1” és “0” Államokban léteznek., Amint Preskill elmagyarázza, a qubits ebben a vegyes állapotban, vagy szuperpozícióban mind halott, mind Élő lenne, utalás az Erwin Schrödinger által 1935-ben javasolt híres gondolatkísérletre, amelyben egy dobozban lévő macska mind halott, mind életben van, amíg a doboz meg nem nyílik, és a macskát megfigyelik, hogy az egyik vagy a másik. Mi több, ezek a qubits mind belegabalyodtak. Ha a qubits valahogy elszakad egymástól, a kvantumszámítógép nem tudja végrehajtani számításait.,
ezeknek a kérdéseknek a megoldására Preskill és Alexei Kitaev (Caltech Ronald és Maxine Linde Elméleti Fizika és matematika professzora, valamint egy 2012-es áttörés díja az alapvető fizikában), valamint a Caltech más teoretikusai kidolgoztak egy koncepciót a kvantuminformációk globális összefonódott állapotban való elrejtésére, oly módon, hogy az egyes bitek egyike sem tudja a választ. Ez a megközelítés hasonlít a kód terjesztésére a különböző városokban élő emberek százai között., Senki sem rendelkezne a teljes kóddal, így a kód sokkal kevésbé lenne érzékeny a felfedezésre.