211service.com
Experimentet som gör det möjligt för människor att se kvantförveckling
Entanglement är det märkliga fenomenet där två kvantpartiklar blir så djupt sammanlänkade att de delar samma existens. När detta händer påverkar en mätning på en partikel omedelbart den andra, oavsett avståndet mellan dem.
Entanglement har förbryllat fysiker under den bästa delen av ett sekel. Till en början ifrågasattes själva existensen. Men idag skapar fysiker intrasslade partiklar i enorma antal i laboratorier över hela världen. De använder rutinmässigt intrassling för att skicka perfekt krypterade meddelanden, för att studera kvantberäkningar och för att bättre förstå naturen av detta djupgående fenomen.
Lättheten med vilken partiklar som fotoner kan intrasslas har fått vissa fysiker att ställa en intressant ytterligare fråga: kommer människor någonsin att kunna se intrassling?
Idag får vi ett svar tack vare Valentina Caprara Vivolis arbete vid universitetet i Genève i Schweiz några kompisar. De har utarbetat ett experiment som borde göra det möjligt för ett mänskligt öga att direkt upptäcka intrassling. Och de säger att scenen nu är klar för det första experimentet av det här slaget.
Att hitta ett sätt för ett mänskligt öga att upptäcka intrasslade fotoner låter enkelt. När allt kommer omkring är ögat en fotondetektor, så det borde vara möjligt för ett öga att ersätta en fotodetektor i vilket standardexperiment som helst som upptäcker intrassling.
Ett sådant experiment kan bestå av en källa av intrasslade par av fotoner, som var och en skickas till en fotodetektor via en lämplig experimentell uppställning.
Genom att jämföra ankomsten av fotoner vid varje detektor och genom att upprepa detekteringsprocessen många gånger är det möjligt att statistiskt avgöra om intrassling förekommer.
Det är lätt att föreställa sig att detta experiment lätt kan upprepas genom att ersätta en av fotodetektorerna med ett öga. Men så visar sig inte vara fallet.
Huvudproblemet är att ögat inte kan upptäcka enstaka fotoner. Istället måste varje ljusdetekterande stav på baksidan av ögat stimuleras av en bra handfull fotoner för att utlösa en detektion. Det lägsta antalet fotoner som kan göra susen tros vara cirka sju, men i praktiken ser människor vanligtvis fotoner först när de anländer i hundratals eller tusentals.
Inte ens då är ögat en särskilt effektiv fotodetektor. Ett bra optiklabb kommer att ha fotodetektorer som är långt över 90 procent effektiva. Däremot, vid de allra lägsta ljusnivåerna är ögat cirka 8 procent effektivt. Det betyder att den missar många fotoner.
Det skapar ett betydande problem. Om ett mänskligt öga någonsin ska se intrassling på detta sätt, måste fysiker inte bara trassla in två fotoner utan minst sju, och helst många hundra eller tusentals av dem.
Och det är helt enkelt inte möjligt med dagens teknik. I bästa fall är fysiker kapabla att trassla in ett halvdussin fotoner men även detta är en svår uppgift.
Vad som behövs är ett sätt att förstärka effekten av en enstaka intrasslad foton så att den kan upptäckas av ögat, men att göra detta utan att förstöra den alltför viktiga intrasslingen.
Vivoli och co säger att de har utarbetat ett trick som effektivt förstärker en enda intrasslad foton till många fotoner som ögat kan se. Deras trick beror på en teknik som kallas förskjutningsoperation, där två kvantobjekt interfererar så att det ena ändrar fas på det andra.
Ett sätt att göra detta med fotoner är med en stråldelare. Föreställ dig en stråle av koherenta fotoner från en laser som är riktad mot en stråldelare. Strålen sänds genom splittern men en fasändring kan göra att den reflekteras istället.
Föreställ dig nu en annan stråle av koherenta fotoner som stör den första. Detta ändrar fasen för den första strålen så att den reflekteras snarare än sänds ut. Med andra ord kan den andra strålen slå på och av reflektionen.
Avgörande är att växlingsstrålen inte behöver vara lika intensiv som helljuset - den behöver bara vara koherent. Faktum är att en enda foton kan göra det här tricket att byta mer intensiv stråle, åtminstone i teorin.
Det är grunden för det nya tillvägagångssättet. Tanken är att använda en enda intrasslad foton för att växla passagen av mer kraftfull stråle genom en stråldelare. Och det är denna mer kraftfulla stråle som ögat upptäcker och som fortfarande bevarar den ursprungliga förvecklingens kvantnatur.
Det är teorin. Vivoli och co säger att tekniken är tillgänglig för att göra den här typen av experiment nu. De säger att deras arbete på ett övertygande sätt visar möjligheten att realisera det första experimentet där intrassling observeras med ögat.
Ändå kommer detta experiment att vara svårt att göra. Att se till att den optiska förstärkaren fungerar som de påstår blir till exempel svårt.
Och även om det gör det blir det ännu svårare att registrera varje upptäckt i ögat på ett tillförlitligt sätt. Testet för intrassling är ett statistiskt test som kräver många räkningar från båda detektorerna. Det betyder att en individ skulle behöva sitta i experimentet och registrera ett ja eller nej-svar för varje körning, som upprepas tusentals eller tiotusentals gånger. Volontärer kommer att behöva ha gott om tid på sig.
Trots det är det möjligt att de första experimenten av det här slaget redan är igång, kanske till och med i Vivoli och cos labb. Så vi kan snart få reda på identiteten på den första personen som såg intrassling.
Naturligtvis kommer experiment som detta snabbt att ta glamouren och romantiken ur den populära uppfattningen om förveckling. Det är faktiskt svårt att se varför någon skulle vilja vara intrasslad med en fotodetektor under den tid det tar att göra detta experiment.
Ett sätt att öka denna motivation skulle vara att modifiera experimentet så att det trasslar in två människor. Det är inte svårt att föreställa sig ett folk som vill delta i ett sådant experiment, kanske till och med ivrigt.
Det kommer att kräva en modifierad uppsättning där båda detektorerna är mänskliga ögon, med sin höga utlösningsnivå och sin låga effektivitet. Huruvida detta kommer att vara möjligt med Vivoli och cos inställningar är ännu inte klart.
Först då kommer frivilliga att kunna svara på den fråga som ligger obekvämt hos de flesta fysiker. Hur känns det att vara intrasslad med en annan människa?
Med tanke på arten av detta experiment kommer svaret att vara bedövande tråkigt. Men som Vivoli och co påpekar i sin slutsats: Det är säkert att säga att att sondera mänsklig syn med kvantljus är terra incognita. Detta gör det till en attraktiv utmaning i sig.
Ganska!
Ref: arxiv.org/abs/1602.01907 : Vad krävs för att se Entanglement?