Eller, for å forenkle, kan du vurdere to «fanget» quarters, hver skjult under en kopp. Hvis to personer, Bob og Alice, var hver for seg for å ta en av disse kvartalene til et annet rom, kvartalene vil forbli både hoder og haler til en person løftet cup og observert hans eller hennes kvartal, på det tidspunktet, ville det blir tilfeldig enten krone eller mynt. Hvis Alice var å løfte henne cup først og hennes kvartal var haler, så når Bob observerte hans kvartal, vil det også være haler., Hvis du gjentok eksperimentet og mynter er dekket gang til, ville de gå tilbake til å være i en tilstand av superposisjon. Alice ville løfte henne cup igjen, og kanskje finne henne kvartal som hodet denne gangen. Bob vil da også finne sin kvartal som hoder. Om den første kvartal er funnet å være hoder eller haler er helt tilfeldig.
på samme måte, når en forsker entangles to fotoner, og sender deretter hver og en i forskjellige retninger under nøye kontrollerte forhold, vil de fortsette å være i en tilstand av superposisjon, både horisontalt og vertikalt polarisert., Bare når en av fotoner er målt gjøre både tilfeldig vedta bare ett av de to mulige polarisering stater.
«Quantum sammenhenger er svært annerledes enn vanlige sammenhenger, sier Preskill. «Og tilfeldigheten er nøkkelen. Dette skumle iboende tilfeldigheten er faktisk hva plaget Einstein. Men det er viktig å hvordan kvante verden fungerer.»
«Forskere bruker ofte ordet sammenheng å forklare hva som skjer mellom disse partiklene, sier Oskar Maleren John G Braun Professor i Anvendt Fysikk og Fysikk ved Caltech., «Men, faktisk, forviklinger er det perfekte ordet.»
Forviklinger i n-te Grad
Untangling forholdet mellom to tette partikler kan være vanskelig, men den virkelige utfordringen er å forstå hvordan hundrevis av partikler, om ikke mer, kan det være på samme måte henger sammen.
Ifølge Manuel Endres, en assisterende professor i fysikk ved Caltech, en av de første skritt mot å forstå de mange-legeme forviklinger er å skape og styre den i laboratoriet., For å gjøre dette, Endres og hans team bruk en «brute force» – tilnærming: de designe og bygge laboratorium eksperimenter med mål om å skape et system av 100 fanget atomer.
«Dette er fundamentalt ekstremt vanskelig å gjøre, sier Endres. Faktisk, bemerker han, ville det være vanskelig selv på en mye mindre skala. «Hvis jeg lage et system der jeg genererer, for eksempel, 20 fanget partikler, og jeg sender en 10 måte og 10 på en annen måte, så jeg har for å måle om hver og en av de første 10 partikler er innvevd med hver av de andre sett av 10., Det er mange forskjellige måter å se på korrelasjoner.»
Mens oppgave å beskrive de sammenhenger er vanskelig å beskrive et system for 100 fanget atomer med klassisk datamaskin biter ville være ufattelig vanskelig. For eksempel, en komplett klassisk beskrivelse av alle quantum sammenhenger mellom så mange som 300 fanget partikler ville kreve flere biter enn antall atomer i det synlige universet. «Men det er jo hele poenget, og grunnen til at vi gjør dette,» Endres sier., «Ting blir så involvert at du trenger en enorm mengde plass til å beskrive informasjon. Det er en komplisert dyr, men det er nyttig.»
«Generelt, antall parametere du trenger for å beskrive systemet kommer til å skalere opp eksponentielt, sier Vidick, som arbeider med matematiske og beregningsorientert verktøy for å beskrive forviklinger. «Det blåser opp veldig raskt, som, generelt, er hvorfor det er vanskelig å spå eller simuleringer, fordi du selv ikke kan representere disse systemene i din bærbare pc-ens minne.,»
for Å løse det problemet, Vidick og hans gruppe jobber med å komme opp med beregningsorientert representasjoner av tette materialer som er enklere og mer konsis enn modeller som i dag eksisterer.
«Quantum mechanics og ideene bak quantum computing tvinger oss til å tenke utenfor boksen, sier han.
En Skjøre Økosystemet
en Annen faktor i å skape og kontrollere quantum systemer har å gjøre med sin fine natur., Som Mimosa pudica ,medlem av ert familie også kjent som «sensitive plant», som droops når bladene er berørt, viklet seg inn stater kan lett forsvinne, eller kollaps, når miljøet endrer seg enda litt. For eksempel, det handler om å observere en quantum staten ødelegger det. «Du trenger ikke ønsker å selv se på eksperimentet, eller puste på det,» vitser Maler. Legger Preskill, «ikke slå på lyset, og ikke engang tør gå inn i rommet.,»
problemet er at viklet partikler bli viklet inn i miljøet rundt dem raskt, i løpet av mikrosekunder eller raskere. Dette så ødelegger den opprinnelige fanget staten en forsker kan forsøke å studere eller bruk. Selv en bortkommen foton flyr gjennom et eksperiment som kan gjengi hele ubrukelig.
«Du må være i stand til å lage et system som er innvevd bare med seg selv, ikke med apparatet, sier Endres. «Vi vil partiklene til å snakke til hverandre på en kontrollert måte., Men vi ønsker ikke at de skal snakke til noe i den ytre verden.»
I feltet av quantum computing, denne skjørheten er problematisk fordi det kan føre til beregningsorientert feil. Kvante-datamaskiner holde løftet om å løse problemer som klassisk datamaskiner ikke kan, inkludert de som er i kryptografi, kjemi, økonomisk modellering, og mer. Der klassisk datamaskiner bruker binære biter (en «1» eller «0») til å bære informasjon, kvante-datamaskiner bruker «qubits,» som finnes i usa på «1» og «0» på samme tid., Som Preskill forklarer, qubits i dette blandet tilstand, eller superposisjon, ville være både døde og levende, en referanse til den berømte tanke eksperiment foreslått av Erwin Schrödinger i 1935, som en katt i en boks er både død og levende til boksen er åpnet, og katten er observert å være det ene eller det andre. Hva mer er, de qubits er alle innvevd. Hvis qubits liksom blir maktadskilt fra hverandre, quantum datamaskin ville være i stand til å utføre beregninger.,
for Å løse disse problemene, Preskill og Alexei Kitaev (Caltech er Ronald og Maxine Linde Professor i Teoretisk Fysikk og Matematikk og mottaker av 2012 Gjennombrudd Premie i Grunnleggende Fysikk), sammen med andre teoretikere ved Caltech, har utviklet et konsept for å skjule quantum informasjon i en global fanget staten, slik at ingen av de individuelle biter har svaret. Denne tilnærmingen er beslektet med å distribuere en kode blant hundrevis av folk som bor i forskjellige byer., Ingen person ville ha hele koden, så koden ville være mye mindre utsatt for oppdagelsen.