Skocz do zawartości
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Kwantowe splątanie pomiędzy bilionem atomów a pojedynczym fotonem

Rekomendowane odpowiedzi

Słynny paradoks Einsteina-Podolskiego-Rosena powraca po ponad 80 latach w nowej odsłonie. Naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego wytworzyli wielowymiarowy stan splątany pomiędzy zbiorem atomów a pojedynczą cząstką światła – fotonem. Co więcej, wytworzone w laboratorium splątanie udało się przechować przez rekordowy czas kilku mikrosekund. Wyniki badań opublikowano w prestiżowym czasopiśmie fizycznym Optica.

W swojej słynnej pracy w Physical Review z 1935 r. A. Einstein, B. Podolsky i N. Rosen rozważali rozpad cząstki na dwie części, np. produkty promieniotwórczego rozpadu jądra atomowego. W tym eksperymencie myślowym kierunki lotu produktów rozpadu, a właściwie ich pędy, okazywały się być zawsze dokładnie przeciwne. Z punktu widzenia fizyki klasycznej nie byłoby w tym nic dziwnego, lecz stosując zasady powstałej w latach 1920. teorii kwantowej, Einstein i współpracownicy szybko doszli do paradoksu. Paradoks ten opiera się o tzw. zasadę nieoznaczoności Heisenberga, która zabrania zmierzenia jednocześnie położenia i pędu cząstki z nieograniczoną dokładnością.  W eksperymencie myślowym Einsteina możemy jednak zmierzyć pęd jednej cząstki, poznając tym samym dokładnie przeciwny pęd drugiej z cząstek. Kiedy zmierzymy położenie tej drugiej cząstki, poznamy jednocześnie, a zarazem bardzo precyzyjnie, jej położenie i pęd, łamiąc tym samym zasadę nieoznaczoności Heisenberga.

Dziś wiemy jednak, że powyżej opisany eksperyment wcale nie jest, jak kiedyś sądzono, paradoksalny. Błędem Einsteina i współpracowników było stosowanie zasady nieoznaczoności do układu dwóch cząstek. Kiedy potraktować dwie cząstki jako całość, okazuje się, że zasada nieoznaczoności w swojej pierwotnej formie przestaje obowiązywać, w szczególności dla pary cząstek znajdujących się w stanie splątanym.

W Laboratorium Pamięci Kwantowych (Wydział Fizyki UW) po raz pierwszy udało się wytworzyć takie właśnie splątanie pomiędzy obiektem makroskopowym – grupą ok. biliona gorących atomów rubidu umieszczonych w szklanym cylindrze o długości 10 cm i średnicy 2.5 cm, a elementarną cząstką światła – pojedynczym fotonem. W wyniku oddziaływania atomów z wiązką lasera dochodzi do rozproszenia pojedynczych fotonów, które rejestrujemy na czułej kamerze. Zarejestrowany foton dostarcza nam informacji o stanie biliona atomów w komórce. Atomy te możemy przechować, a następnie odtworzyć ich stan w dogodnym dla nas momencie – podkreśla jeden z autorów artykułu, doktorant Michał Dąbrowski.

Wyniki eksperymentu potwierdzają, że atomy i pojedynczy foton są wspólnie w stanie splątanym. Rejestrując położenie i pęd fotonu na kamerze, zyskujemy tym samym informację o stanie atomów, bez wykonywania na nich jakichkolwiek pomiarów. W celu pomiaru stanu atomów, oświetlamy je ponownie światłem lasera. W wyniku tego procesu emitowany jest kolejny foton, którego właściwości możemy mierzyć w laboratorium. W naszym eksperymencie demonstrujemy pozorny paradoks w wersji, w jakiej został oryginalnie opisany w pracy Einsteina i współpracowników z 1935 roku. Dodajemy jednak etap, w którym foton przechowywany jest w atomowej pamięci kwantowej. Atomy przechowują foton pod postacią tzw. fali spinowej, czyli fali obejmującej wszystkie bilion atomów w komórce - taki stan jest niezwykle odporny na utratę pojedynczych atomów – mówi doktorant Michał Parniak, również biorący udział w badaniach.

Eksperyment przeprowadzony przez grupę z Uniwersytetu Warszawskiego jest wyjątkowy pod jeszcze jednym względem. Stworzona dzięki grantom PRELUDIUM Narodowego Centrum Nauki oraz Diamentowy Grant MNiSW pamięć kwantowa pozwala przechowywać do 12 fotonów w postaci fal spinowych jednocześnie. Tak znaczna pojemność pamięci stwarza szansę na zastosowanie w dziedzinie kwantowego przetwarzania informacji. Wielowymiarowe splątanie, którym dysponujemy jest przechowywane w naszym układzie przez kilka mikrosekund. Jest to ponad tysiąc razy dłużej niż dotychczas raportowane w literaturze czasy, a tym samym wystarczająco długo, aby mieć możliwość dokonywania manipulacji na atomach podczas procesu przechowywania – tłumaczy dr hab. Wojciech Wasilewski, kierownik Laboratorium Pamięci Kwantowych.

Przestrzenno-pędowy stopień splątania, zademonstrowany w prestiżowym czasopiśmie Optica, może być z powodzeniem połączony z czasowym lub polaryzacyjnym stopniem swobody, umożliwiając generację tzw. hipersplątania. Przeprowadzone badania mogą posłużyć do testowania podstaw mechaniki kwantowej – teorii, która już niejednokrotnie stawiała naukowcom kłopotliwe pytania, prowadzące niezmiennie do trwającego wciąż postępu technologicznego.


« powrót do artykułu

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Czyli żeby złamać zasadę nieoznaczoności, wystarczy splątać 2 cząstki, zmierzyć pęd jednej i położenie drugiej?

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Ale w przeciwieństwie do spinu/polaryzacji pęd/położenie, to nie takie 0/1. No i pomiar położenia nie ma większego sensu.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

 

Kiedy potraktować dwie cząstki jako całość, okazuje się, że zasada nieoznaczoności w swojej pierwotnej formie przestaje obowiązywać, w szczególności dla pary cząstek znajdujących się w stanie splątanym.

Chochlik?

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Jeśli chcesz dodać odpowiedź, zaloguj się lub zarejestruj nowe konto

Jedynie zarejestrowani użytkownicy mogą komentować zawartość tej strony.

Zarejestruj nowe konto

Załóż nowe konto. To bardzo proste!

Zarejestruj się

Zaloguj się

Posiadasz już konto? Zaloguj się poniżej.

Zaloguj się

×