Vedci dokázali vizualizovať vlnovú funkciu kvantovo previazaných atómov rýchlejšie, než kedykoľvek predtým
Autori novej štúdie použili pokročilú kamerovú technológiu na to, aby odhalili úplný kvantový stav previazaných častíc svetla.
Predstavte si pár topánok, no nie len tak obyčajný pár topánok. Jednu máte u vás doma na chodbe, druhá sa nachádza na chodbe niekoho, kto žije na druhom konci sveta. Viete, že jednu topánku doma máte, no nemáte ani najmenšiu predstavu o tom, či je ľavá alebo pravá…
…Ak chcete nájsť odpoveď na túto “záhadu”, riešenie je jednoduché, stačí vstať z gauča a ísť sa pozrieť. Tu sa však prípad zamotáva. Čo ak by sa stalo, že bez ohľadu na to, či nájdete v chodbe ľavú alebo pravú topánku, by sa jej pár okamžite prispôsobil, bez ohľadu na to, či by sa nachádzal na druhom konci sveta, alebo na druhom konci Slnečnej sústavy. Ak nájdete v chodbe ľavú topánku, niekde musí byť logicky pravá a naopak. Problém s ktorým sa kvantoví fyzici pasujú už roky je, že povaha vašej topánky nie je jasne daná, kým sa nepozriete a keď sa pozriete, okamžite sa zmení povaha jej páru.
Problém kvantového previazania je jednoduché opísať, no o čosi náročnejšie pochopiť. V kvantovom svete však existujú navzájom previazané častice a keď sa zmenia vlastnosti jednej, tá druhá sa zmení rovnako, no opačným smerom. Zmena prebieha okamžite, bez ohľadu na vzdialenosť medzi dvoma previazanými časticami a teoreticky ide o formu komunikácie, ktorá môže prebiehať nadsvetelnou rýchlosťou.
V kvantovej mechanike je dôležitým pojmom vlnová funkcia, informujú vedci z University of Ottawa. Tá ponúka vedcom zrozumiteľný pohľad na kvantový stav častice. V prípade prirovnania k topánkam, vlnová funkcia jednej z nich môže ukrývať informácie o veľkosti, farbe alebo o tom, či je topánka ľavá a pravá. Aby sme však boli presní, vlnová funkcia neponúka jasnú odpoveď, no umožňuje vedcom predpovedať pravdepodobné výsledky ich meraní.
Vizualizácia kvantovo previazaných fotónov
Autori novej štúdie využili princípy digitálnej holografie, aby zaznamenali dva kvantovo previazané fotóny, častice svetla. Digitálna holografia pozostáva z vytvorenia jedného obrazu, ktorý nazývame interferogram. Ten sa získava manipulovaním s rozptýleným svetlom objektu a referenčným svetlom. Ide o úplne nový prístup, ktorý vedcom umožnil vizualizovať vlnovú funkciu dvoch kvantovo previazaných fotónov.
Neprehliadnite
My smarts end before this sort of stuff, but it looks super-cool. https://t.co/uz0nZ321oNhttps://t.co/7mdEIqWwwe pic.twitter.com/yN4ZXlaHEl
— The Mad Tinfoil Hatter (@SongOfRebellion) August 23, 2023
Vizualizovanie vlnovej funkcie výskumníci dokázali aj predtým, no išlo o náročný proces, ktorý trval aj niekoľko dní. Zároveň čelili rozličným problémom pri komplexnejších systémoch. Identifikovať vlnovú funkciu kvantového systému sa nazýva kvantová tomografia. Štandardné postupy si vyžadujú obrovský počet meraní, ktoré sa rýchlo zvyšujú s narastajúcou komplexnosťou systému. Ako sme už spomenuli, kvantová tomografia dvoch previazaných fotónov môže vedcom zabrať celé dni. Problémom je aj to, že kvalita výsledkov sa dá ľahko pokaziť okolitým šumom a závisí na komplexnosti pozorovacieho zariadenia.
“Naša nová metóda si vyžaduje len sekundy, najviac minúty. Zároveň demonštrujeme, že pozorovací čas nie je ovplyvnený komplexnosťou systému,” tvrdí Alessio D’Errico, jeden z autorov štúdie.
Toto zistenie má potenciál urýchliť vývoj kvantovej technológie. V budúcnosti by vedci mohli vylepšiť charakterizáciu kvantového stavu, kvantovú komunikáciu a vyvinúť nové technológie kvantového zobrazovania.
Komentáre