eller, för att förenkla, överväga två ”intrasslade” kvarter, var dolda under en kopp. Om två personer, Bob och Alice, var att ta en av dessa kvartal till ett annat rum, kvartalen skulle förbli både huvuden och svansar tills en person lyfte koppen och observerade hans eller hennes kvartal; vid den tiden skulle det slumpmässigt bli antingen huvuden eller svansar. Om Alice skulle lyfta sin kopp först och hennes kvartal var svansar, då när Bob observerade hans kvartal, skulle det också vara svansar., Om du upprepade experimentet och mynten täcks än en gång, skulle de gå tillbaka till att vara i ett tillstånd av överlagring. Alice skulle lyfta sin kopp igen och kan hitta hennes kvartal som huvuden den här gången. Bob skulle då också hitta sitt kvartal som huvuden. Om det första kvartalet visar sig vara huvuden eller svansar är helt slumpmässigt.
på samma sätt, när en forskare tränger in i två fotoner och sedan skickar var och en i olika riktningar under noggrant kontrollerade förhållanden, kommer de att fortsätta att vara i ett superposition, både horisontellt och vertikalt polariserat., Endast när en av fotonerna mäts antar båda slumpmässigt bara ett av de två möjliga polarisationsstaterna.
”Quantum correlations är djupt annorlunda än vanliga korrelationer”, säger Preskill. ”Och slumpmässighet är nyckeln. Denna skrämmande inneboende slumpmässighet är faktiskt vad störde Einstein. Men det är viktigt för hur kvantvärlden fungerar.”
” forskare använder ofta ordet korrelation för att förklara vad som händer mellan dessa partiklar”, tillägger Oskar Painter, John G Braun Professor i Tillämpad fysik och fysik på Caltech., ”Men egentligen är entanglement det perfekta ordet.”
Entanglement till nth-graden
Untangling förhållandet mellan två intrasslade partiklar kan vara svårt, men den verkliga utmaningen är att förstå hur hundratals partiklar, om inte mer, kan vara liknande sammankopplade.
enligt Manuel endres, en biträdande professor i fysik vid Caltech, är ett av de första stegen mot att förstå många kroppsintrång att skapa och styra den i labbet., För att göra detta använder Endres och hans lag ett brute force-tillvägagångssätt: de utformar och bygger laboratorieförsök med målet att skapa ett system med 100 intrasslade atomer.
”detta är i grunden extremt svårt att göra”, säger endres. Faktum är att han noterar, det skulle vara svårt även i mycket mindre skala. ”Om jag skapar ett system där jag till exempel genererar 20 intrasslade partiklar, och jag skickar 10 på ett och 10 annat sätt, måste jag mäta om var och en av de första 10 partiklarna är intrasslade med var och en av den andra uppsättningen 10., Det finns många olika sätt att titta på korrelationerna.”
medan uppgiften att beskriva dessa korrelationer är svår, skulle det vara ofattbart svårt att beskriva ett system med 100 intrasslade atomer med klassiska datorbitar. Till exempel skulle en fullständig klassisk beskrivning av alla kvantkorrelationer bland så många som 300 intrasslade partiklar kräva fler bitar än antalet atomer i det synliga universum. ”Men det är hela poängen och anledningen till att vi gör det här”, säger Endres., ”Saker blir så intrasslade att du behöver en stor mängd utrymme för att beskriva informationen. Det är ett komplicerat djur, men det är användbart.”
” I allmänhet kommer antalet parametrar du behöver beskriva systemet att skala upp exponentiellt”, säger Vidick, som arbetar med matematiska och beräkningsverktyg för att beskriva sammanflätning. ”Det blåser upp mycket snabbt, vilket i allmänhet är varför det är svårt att göra förutsägelser eller simuleringar, för att du inte ens kan representera dessa system i din bärbara dators minne.,”
för att lösa det problemet arbetar Vidick och hans grupp med att komma med beräknings representationer av intrasslade material som är enklare och mer kortfattade än modeller som för närvarande finns.
”kvantmekanik och idéer bakom kvantberäkning tvingar oss att tänka utanför boxen”, säger han.
ett bräckligt ekosystem
en annan faktor för att skapa och kontrollera kvantsystem har att göra med sin känsliga natur., Liksom Mimosa pudica, en medlem av ärtfamiljen, även känd som den” känsliga växten”, som slokar när dess löv berörs, kan intrasslade tillstånd lätt försvinna eller kollapsa, när miljön förändras till och med något. Till exempel förstör handlingen att observera ett kvanttillstånd det. ”Du vill inte ens titta på ditt experiment, eller andas på det,” skämt målare. Lägger till Preskill, ”slå inte på ljuset, och våga inte ens gå in i rummet.,”
problemet är att intrasslade partiklar blir intrasslade med miljön runt dem snabbt, i fråga om mikrosekunder eller snabbare. Detta förstör sedan det ursprungliga intrasslade tillståndet som en forskare kan försöka studera eller använda. Även en herrelös foton som flyger genom ett experiment kan göra det hela värdelöst.
”du måste kunna skapa ett system som bara är intrasslat med sig själv, inte med din apparat”, säger endres. ”Vi vill att partiklarna ska prata med varandra på ett kontrollerat sätt., Men vi vill inte att de ska prata med något i omvärlden.”
när det gäller kvantberäkning är denna bräcklighet problematisk eftersom den kan leda till beräkningsfel. Kvantdatorer håller löftet om att lösa problem som klassiska datorer inte kan, inklusive de i kryptografi, Kemi, finansiell modellering och mer. När klassiska datorer använder binära bitar (antingen en ”1” eller en ”0”) för att bära information, använder kvantdatorer ”qubits”, som finns i tillstånd av ”1” och ”0” samtidigt., Som Preskill förklarar, skulle qubits i detta blandade tillstånd, eller superposition, vara både död och levande, en hänvisning till det berömda tankeexperimentet som Erwin Schrödinger föreslog 1935, där en katt i en låda är både död och levande tills lådan öppnas, och katten observeras vara den ena eller den andra. Vad mer, dessa kvit är alla intrasslade. Om kvantmekanismerna på något sätt lossnar från varandra, skulle kvantdatorn inte kunna utföra sina beräkningar.,
för att ta itu med dessa problem har Preskill och Alexei Kitaev (Caltechs Ronald och Maxine Linde Professor i teoretisk fysik och matematik och mottagare av ett 2012-genombrott i grundläggande fysik), tillsammans med andra teoretiker på Caltech, utarbetat ett koncept för att dölja kvantinformationen inom ett globalt intrasslat tillstånd, så att ingen av de enskilda bitarna har svaret. Detta tillvägagångssätt är relaterat till att distribuera en kod bland hundratals människor som bor i olika städer., Ingen person skulle ha hela koden, så koden skulle vara mycket mindre sårbar för upptäckt.