Физики впервые получили квантовую спутанность двух алмазов при комнатной температуре

Физики впервые получили квантовую спутанность двух алмазов при комнатной температуреИсследователи из Оксфорда (University of Oxford) провели эксперимент, в ходе которого им впервые в мире удалось создать квантовую спутанность двух алмазов, разнесённых на расстояние 15 сантиметров.

Кристаллы на протяжении нескольких пикосекунд находились в состоянии, когда они одновременно колебались и не колебались.

Чтобы понять, в чём собственно состояла задача и в чём была её сложность, нужно вспомнить квантовую физику.

Термином квантовая спутанность обозначается взаимосвязь квантовых состояний двух частиц, не находящихся в непосредственном физическом контакте. Так, если одна частица находится в состоянии A, то другая должна быть в состоянии B, и наоборот. Даже если они находятся на большом расстоянии друг от друга.

До тех пор пока состояние какой-либо частицы ничем не измеряется, она, согласно принципу суперпозиции, может быть одновременно как в состоянии A, так и в состоянии B (а также любом другом состоянии). Но любое измерение приводит к коллапсу суперпозиции в одно из возможных состояний.

В случае, когда две частицы связаны, измерение приводит ещё и к тому, что одна из них «падает», например, в состояние A, а другая вследствие связи мгновенно переходит в состояние B.

Ранее учёным удавалось квантово спутывать ультрахолодные атомы и группы атомов. Однако при комнатной температуре квантовая спутанность легко разрушается случайным движением атомов. Сложно работать и с объектами, которые можно увидеть невооружённым глазом, так как в этом случае взаимодействует большое количество частиц.

Иэн Уолмсли (Ian Walmsley) и его коллеги придумали способ обойти оба ограничения и продемонстрировали на опыте, что действие законов квантовой физики можно наблюдать и в макромире (без дополнительных ухищрений). Статья физиков появилась в журнале Science.

Учёные связали не частицы, а синхронизированные вибрации атомов (фононы) в двух кристаллах алмазов. Фононы – это волнообразные перемещения атомов в кристаллической решётке, которые происходят внутри всех твёрдых тел. Их можно сравнить со звуковыми волнами в воздухе.

Однако, так как алмаз имеет очень жёсткую решётку, атомы колеблются в ней с очень высокой частотой и энергией, а потому даже при комнатной температуре «подпрыгивания» происходят не слишком активно. (По этой причине алмаз часто выбирают для подобных экспериментов.)

Британские физики лазерным импульсом заставили колебаться фононы в двух 3-миллиметровых кристаллах, расположенных на расстоянии 15 сантиметров друг от друга. По данным исследователей, им удалось достичь когерентного взаимодействия около 1016 атомов. Они занимают в кристалле область 0,05 миллиметра шириной и 0,25 миллиметра длиной, то есть такое движение теоретически можно увидеть невооружённым глазом.

Чтобы фононы в алмазах были квантово спутаны, учёным пришлось соблюсти три условия. Первое: фонон возбуждается только одним фотоном лазерного луча. Второе: этот фотон нужно «разделить», чтобы он ушёл к одному или другому кристаллу. Так как узнать, куда именно он отправился нельзя, то можно считать, что фотон находится в суперпозиции траекторий (как бы движется по обоим направлениям). Тогда и полученный фонон также находится в состоянии квантовой суперпозиции.

И, наконец, третье условие: первоначальный фотон должен часть энергии конвертировать в другой низкоэнергетический фотон, называемый стоксовым (Stokes photon), который бы давал знать о появлении фонона.

«Когда мы ловим стоксов фотон, мы знаем, что был получен фонон, но мы не знаем, в какой алмаз он отправился, — рассказывает Уолмсли. – Возникает спутанное состояние, при котором нельзя считать верным не высказывание, что „этот алмаз колеблется“, не утверждение, что „этот алмаз не колеблется“.

Чтобы проверить, что появляется квантовая спутанность, физики также отправляют второй лазерный импульс в оба кристалла. Он необходим, чтобы „считать“, что рождается фонон, у которого лазерный фотон отбирает часть энергии.

Учёные из Оксфорда провели огромное количество „запусков“, но при этом насчитали не так много случаев, когда все условия были соблюдены и нужный результат получен.

Маловероятно, что нынешнее достижение найдёт практическое применение в ближайшее время. Слишком уж короткое время держится квантовая спутанность кристаллов (менее 0,35 пикосекунды).

Но Уолмсли настроен оптимистично, пишет Nature News. „Алмазы вполне могут стать основой производительной технологии для обработки квантовой информации. Свойства этих кристаллов позволяют построить с их помощью оптические микросхемы“, — говорит Иэн.

Профессор говорит о квантовых компьютерах, которые бы использовали главное преимущество суперпозиции множества возможных состояний перед всего двумя состояниями, кодируемыми современными битами (0 и 1). Такие машины могли бы кодировать гораздо большее количество информации.

А при использовании для передачи данных квантовой криптографии компьютер мог бы сразу узнать о любом вмешательстве извне (ведь любая попытка считать информацию приведёт к коллапсу суперпозиции).

Источник: www.vesti.ru

Можно ли вылечить хламидиоз у мужчин?
Урогенитальный хламидиоз – венерическое заболевание, передающееся половым путём, возбудителем которого является бактерия Chlamydia trachomatis. Чаще всего, мужчины заражаются им через незащищённый половой акт.

Физики впервые создали кубит из двух различных видов ионов
Ученым впервые удалось запутать между собой ионы различных изотопов кальция и ионы бериллия и магния, что открывает дорогу для создания сверхточных атомных часов и универсальных квантовых компьютеров, говорится в статье…

Физики превзошли стандартный квантовый предел
Физикам из Германии и Италии при помощи сжатого вакуума удалось обойти стандартный квантовый предел — ограничение, налагаемое в квантовой механике на процесс измерения.

Физики создали самый быстрый симулятор квантовых систем
Изучение квантовых многочастичных систем важно для понимания физических и химических явлений, таких как магнетизм и сверхпроводимость.


  • Состояние,
  • Фотон,
  • Суперпозиция,
  • АТОМ,
  • Спутанность
Комментировать публикацию через Постсовет:
Комментарии (10) RSS свернуть / развернуть
+
0
значит в обозримом будущем в продажу поступят всё таки квантовые компы.Кстати впервые идею сделать такой комп ещё в 80х высказал русский Манин.а поддержал эту идею еврей-фейнман.Раз Манин высказал значит кое какие наработки уже имелись.Но как обычно лавры сами знаете кому достанутся
avatar

Rikki64

  • 5 декабря 2011, 12:34
+
0
прочитала и запахло прям физикой твердого тела))))
avatar

holli

  • 5 декабря 2011, 12:45
+
0
ага а я квантовую физику как то не любил.без разницы было как будут вести себя электроны.потом теоретические основы электротехники.хотя и очень нужный предмет можно сказать под палкой занимался да и то перед сессией
avatar

Rikki64

  • 5 декабря 2011, 12:51
+
0
честно, для меня всё это уже, как не в этой жизни было))))
а даж отличница фигова была)))
avatar

holli

  • 5 декабря 2011, 13:06
+
0
тебя инет испортил))
avatar

Rikki64

  • 5 декабря 2011, 13:14
+
0
да не то слово, особенно последние два месяца))))
avatar

holli

  • 5 декабря 2011, 13:33
+
0
а почему последние два только.предвыборная гонка чтоли?
avatar

Rikki64

  • 5 декабря 2011, 13:35
+
0
ага, только из-за неё и влезла на рамб, честно, а потом и сюда уж попала.
а так я инетом только по нужде пользовалась то)
avatar

holli

  • 5 декабря 2011, 13:41
+
0
нужда типа порнуху заценить?)))
avatar

Rikki64

  • 5 декабря 2011, 13:44
+
0
нужда-это поисковые системы, фильмы и книги)
порнухи мне и в жизни хватает)))
avatar

holli

  • 5 декабря 2011, 13:45

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.


Комментировать публикацию через Вконтакте: