sau, pentru a simplifica, luați în considerare două sferturi” încurcate”, fiecare ascunsă sub o ceașcă. În cazul în care două persoane, Bob și Alice, au fost fiecare să ia una dintre aceste sferturi la o cameră diferită, sferturi ar rămâne atât capete și cozi până când o persoană a ridicat Cupa și a observat trimestru lui sau a ei; în acel moment, ar deveni aleatoriu fie capete sau cozi. Dacă Alice ar ridica mai întâi paharul și sfertul ei era cozi, atunci când Bob și-a observat sfertul, ar fi și cozi., Dacă ați repetat experimentul și monedele sunt acoperite încă o dată, s-ar întoarce la a fi într-o stare de suprapunere. Alice ar ridica paharul din nou și s-ar putea găsi trimestru ei ca capete de data aceasta. Bob ar găsi apoi, de asemenea, trimestrul său ca capete. Dacă se constată că primul trimestru este cap sau pajură, este în întregime aleator.
în mod Similar, atunci când un cercetător înfășoară doi fotoni și apoi trimite fiecare în direcții diferite în condiții atent controlate, acestea vor continua să fie într-o stare de superpoziție, atât pe orizontală cât și pe verticală polarizate., Numai atunci când unul dintre fotoni este măsurat, ambele adoptă aleatoriu doar una dintre cele două stări posibile de polarizare.
„corelațiile cuantice sunt profund diferite de corelațiile obișnuite”, spune Preskill. „Și Aleatoriu este cheia. Această întâmplare intrinsecă înfricoșătoare este de fapt ceea ce l-a deranjat pe Einstein. Dar este esențial pentru modul în care funcționează lumea cuantică.”
„oamenii de știință folosesc adesea corelația cuvântului pentru a explica ce se întâmplă între aceste particule”, adaugă Oskar Painter, profesorul John G Braun de Fizică Aplicată și fizică la Caltech., „Dar, de fapt, entanglement este cuvântul perfect.”
Entanglement la cel mai Inalt Grad
Untangling relația dintre două particule încurcate poate fi dificil, dar adevărata provocare este de a înțelege modul în sute de particule, dacă nu mai mult, pot fi interconectate în mod similar.
Potrivit Manuel întreprinderii endres, asistentul unui profesor de fizica de la Caltech, unul dintre primii pași spre înțelegerea multe-corp entanglement este de a crea și de control în laborator., Pentru a face acest lucru, Endres și echipa sa folosesc o abordare a forței brute: proiectează și construiesc experimente de laborator cu scopul de a crea un sistem de 100 de atomi încurcați.
„acest lucru este fundamental extrem de dificil de făcut”, spune Endres. De fapt, observă el, ar fi dificil chiar și la o scară mult mai mică. „Dacă creez un sistem în care generez, de exemplu, 20 de particule încurcate și trimit 10 într-un fel și 10 într-un alt mod, atunci trebuie să măsor dacă fiecare dintre primele 10 particule este încurcată cu fiecare din celălalt set de 10., Există multe moduri diferite de a privi corelațiile.”
deși sarcina de a descrie aceste corelații este dificilă, descrierea unui sistem de 100 de atomi încurcați cu biți clasici de calculator ar fi inimaginabil de grea. De exemplu, o descriere clasică completă a tuturor corelațiilor cuantice între 300 de particule încurcate ar necesita mai mulți biți decât numărul de atomi din universul vizibil. „Dar acesta este întregul punct și motivul pentru care facem acest lucru”, spune Endres., „Lucrurile se încurcă atât de mult încât ai nevoie de o cantitate imensă de spațiu pentru a descrie informațiile. Este o fiară complicată, dar este utilă.”
„în General, numărul de parametrii ai nevoie pentru a descrie sistemul se va intensifica exponențial”, spune Vidick, care este de lucru pe matematice și instrumente de calcul pentru a descrie entanglement. „Explodează foarte repede, ceea ce, în general, este motivul pentru care este greu să faci predicții sau simulări, pentru că nici măcar nu poți reprezenta aceste sisteme în memoria laptopului.,”
Pentru a rezolva această problemă, Vidick și grupul său de lucru sunt pe vine cu reprezentări de calcul de încurcate materiale care sunt mai simple și mai succint decât modelele care există în prezent.
„mecanica cuantică și ideile din spatele calculului cuantic ne obligă să gândim în afara cutiei”, spune el.
Un Ecosistem Fragil
un Alt factor în crearea și controlul sistemelor cuantice are de-a face cu natura delicata., La fel ca Mimosa pudica ,un membru al familiei de mazăre, de asemenea, cunoscut sub numele de „planta sensibilă”, care droops atunci când frunzele sale sunt atinse, stări încurcate pot dispărea cu ușurință, sau colaps, atunci când mediul se schimbă chiar ușor. De exemplu, Actul de observare a unei stări cuantice o distruge. „Nici nu vrei să te uiți la experimentul tău sau să respiri pe el”, glumește pictorul. Adaugă Preskill, ” nu porniți lumina, și nici măcar nu îndrăznesc să meargă în cameră.,”
problema este că particulele încurcate se încurcă rapid cu mediul din jurul lor, într-o chestiune de microsecunde sau mai repede. Acest lucru distruge apoi starea inițială încurcată pe care un cercetător ar putea încerca să o studieze sau să o folosească. Chiar și un foton rătăcit care zboară printr-un experiment poate face totul inutil.
„trebuie să puteți crea un sistem care este încurcat doar cu el însuși, nu cu aparatul dvs.”, spune Endres. „Vrem ca particulele să vorbească între ele într-un mod controlat., Dar nu vrem să vorbească cu nimic din lumea exterioară.”
în domeniul calculului cuantic, această fragilitate este problematică deoarece poate duce la erori de calcul. Calculatoarele cuantice dețin promisiunea de a rezolva problemele pe care computerele clasice nu le pot, inclusiv cele din criptografie, chimie, modelare financiară și multe altele. În cazul în care computerele clasice folosesc biți binari (fie un „1” sau un „0”) pentru a transporta informații, computerele cuantice folosesc „qubits”, care există în stări de „1” și „0” în același timp., Ca Preskill explică, qubiti în acest mixt de stat, sau suprapunere, ar fi atât de moartă și vie, o trimitere la celebrul experiment de gândire propuse de către Erwin Schrödinger, în 1935, în care o pisică într-o cutie este atât de moartă și vie, până când cutia este deschisă, iar pisica este observată să fie una sau alta. Ce e mai mult, aceste qubits sunt toate încurcate. În cazul în care qubits devin într-un fel desprinse unul de altul, calculatorul cuantic ar fi în imposibilitatea de a executa calculele sale.,
Pentru a aborda aceste probleme, Preskill și Alexei Kitaev (Caltech lui Ronald și Maxine Linde Profesor de Fizică Teoretică și Matematică și destinatarul unui 2012 Descoperire Premiul Fundamental Physics), împreună cu alți teoreticieni de la Caltech, au creat un concept pentru a ascunde informații cuantice într-un globale încurcate de stat, astfel că nici unul dintre biții individuali ai răspunsul. Această abordare este asemănătoare cu distribuirea unui cod între sute de oameni care trăiesc în diferite orașe., Nimeni nu ar avea întregul cod, deci codul ar fi mult mai puțin vulnerabil la descoperire.