Главная » Hi-Tech » Физики смогли квантово запутать облака атомов. Это вообще как?

Физики смогли квантово запутать облака атомов. Это вообще как?

На квантовом уровне частицы могут проникать через непроницаемые барьеры и быть в двух местах одновременно. Квантовый мир атомов и частиц причудлив и удивителен. Одна из самых характерных особенностей квантовой механики — это «запутанность». Однако странные свойства квантовой механики — это не математические причуды, это реальные эффекты, которые можно наблюдать в лаборатории снова и снова. И вот три независимых европейских группы ученых сумели запутать не просто пару частиц, как это делали прежде, а отдельные облака тысяч атомов. Запутанные частицы остаются загадочным образом связаны на любом расстоянии. Они также нашли способ задействовать технологический потенциал своего достижения.

Эйнштейн назвал запутанность «жутким действием на расстоянии», поскольку изменение одной частицы в запутанной паре мгновенно воздействует на ее пару — независимо от того, насколько она далека. Когда частицы запутываются, они обмениваются свойствами, которые как бы делают их зависимыми друг от друга, даже если они будут разделены миллиардами километров.

Как можно использовать квантовую запутанность?

И она также может быть крайне полезной — связанные таким образом частицы можно использовать для передачи квантового состояния частицы, такого как спин, из одного места в другое мгновенно (телепортация). Хотя запутанность может показаться каким-то волшебством, эксперименты показали, что она существует много лет. Они также могут помочь в хранении огромных объемов информации в определенном объеме (сверхплотная кодировка).

Нетрудно понять, что это делает ее важным аспектом квантовых вычислений. Помимо возможности хранить информацию, запутанность также может помочь в связывании и объединении вычислительной мощности систем в разных частях земного шара. Все потому, что любая попытка вмешаться в систему с запутанными частицами мгновенно нарушит запутанность, сделав очевидным факт взлома канала связи. Другим перспективным направлением является по-настоящему безопасная коммуникация.

Ученые из Университета Ватерлоо в настоящее время надеются разработать квантовый радар, который сможет обнаруживать самолеты типа стелс. Запутанные фотоны также можно использовать для улучшения разрешения методов визуализации.

Вихри в конденсате Бозе — Эйнштейна

Потому что запутанность — очень хрупкое явление. Однако развернуть технологии на основе запутанности не так-то и просто. Однако одиночные частицы трудно с точностью обнаружить, и зачастую они теряются или скрываются в окружающем шуме. Эксперименты с запутанностью обычно производят отдельные пары частиц. Поэтому задача ввести их в состояние запутанности, манипулировать ими для выполнения полезных операций и, наконец, просто использовать — все это невыносимо тяжело провернуть на практике.

Квантовые облака

Вместо того чтобы брать отдельные частицы и запутывать их в одну, ученые начали со сверххолодного газа — собрания тысяч атомов. Новое исследование, опубликованное в трех документах в Science, привело к значительному прорыву. Они охлаждаются почти до температуры абсолютного нуля.

Атомы в облаке начинают работать сообща — теперь они запутаны. Заточенные в небольшом объеме, атомы в таком облаке становятся неотличимы друг от друга и формируют новое состояние вещества, известное как конденсат Бозе — Эйнштейна. И хотя давно было известно, что такой метод запутывает тысячи атомов одновременно, никто пока не демонстрировал метода, который позволит это осуществить. Впервые подобное состояние вещества было обнаружено в 1995 году, за что была получена Нобелевская премия по физике в 2001 году. До сих пор.

Как они это делали? Ученые, которые провели новое исследование, показали, что эти облака можно разделять на группы и между атомами будет сохраняться квантовая связь. Выпускали атомы из ограниченного пространства и использовали лазер, чтобы разбивать их и измерять свойства отдельных частей большого облака.

И если это удастся сделать, для квантовых вычислений это будет просто сказочно. Ученые предполагают, что разработанные методы можно расширить так, что каждый атом в облаке будет использоваться независимо. В квантовых же им на замену приходят кубиты. В цифровых вычислениях информация обрабатывается в форме нулей и единиц, или битах. Текущий рекорд количества работающих кубитов в виде запутанных ионов (заряженных атомов) всего 20, поэтому тысячи кубитов, которые одновременно работают в облаке, будут представлять серьезное достижение.

Когда между двумя частицами или системами образуется запутанность, измерения, сделанные на одной половине, раскрывают информацию о другой. Другая область, которая получит выгоду от этого прорыва, — метрология, наука сверхточных измерений. Запутанность, используемая таким образом, сможет повысить точность атомных часов и систему глобального позиционирования (GPS), либо помочь в производстве более чувствительных детекторов для МРТ-машин, например. Это позволяет измерять параметры с большей чувствительностью, чем было бы возможно в противном случае.

Поэтому так много внимания уделяется исследованиям в области квантовых технологий и поэтому так важны любые прорывы в этой области. Понимание и использование квантовых эффектов, таких как запутанность, позволят создавать новые технологии, возможности которых будут превосходить наши современные.


Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан
Обязательные для заполнения поля помечены *

*

x

Ещё Hi-Tech Интересное!

Instagram рассказал об 1 млрд пользователей и представил раздел с роликами до 60 минут

Instagram рассказал об 1 млрд пользователей и представил раздел с роликами до 60 минут Презентация состоялась 20 июня в Сан-Франциско. Фотосервис Instagram рассказал о росте аудитории до 1 млрд пользователей и представил платформу IGTV для создания и просмотра вертикальных роликов ...

Кем были предки Тинькова, Касперского, Дурова, Воложа и Овчинникова

Олег Юрьевич Тиньков Родился 25 декабря 1967 года в посёлке Полысаево Кемеровской области (в паспорте указано: город Ленинск-Кузнецкий Кемеровской области). Есть сводный брат — Юрий, сын матери от первого брака. Жена Тинькова — Рина Валентиновна Тинькова (Восман), родилась 29 августа ...