Fysiker upptäcker hemligheten med Quantum Remote Control

Teleportering är ett av de mer extraordinära fenomenen i kvantvärlden. Det tillåter ett kvantobjekt, som en foton eller elektron, att resa från en plats till en annan utan att passera genom utrymmet däremellan.

Teleportering är en standardprocedur i alla anständiga kvantmekaniska laboratorium. Fysiker använder det dagligen för kvantkommunikation och kvantberäkning.

Om det låter exotiskt har du inte sett någonting ännu; teleportering är på väg att bli mycket konstigare. Det beror på att fysiker fram till nu bara har kunnat teleportera enstaka partiklar, en i taget. Idag säger Christine Muschik på Mediterranean Technology Park i Barcelona och ett gäng kompisar att de har utarbetat hur man teleporterar kvantsaker kontinuerligt.

Det gör att de kan manipulera en kvantpartikel samtidigt som de ser effekterna inträffa i en annan partikel någon annanstans. Det är i huvudsak kvantfjärrkontroll.

Den grundläggande uppsättningen är en enkel förlängning av traditionell teleportering. Detta är möjligt på grund av ett märkligt kvantfenomen känt som intrassling, som uppstår när två kvantpartiklar är så djupt sammanlänkade att de delar samma existens.

I matematiska termer beskrivs båda partiklarna av en enda vågfunktion. Så all manipulation av en partikel påverkar automatiskt den andra omedelbart, oavsett avståndet mellan dem.

Teleportering inträffar när den första av dessa intrasslade partiklar interagerar med en annan kvantpartikel, låt oss kalla det X. Denna interaktion påverkar omedelbart tillståndet för den andra intrasslade partikeln.

Knepet som fysiker har fulländat är att ordna denna interaktion så att den andra intrasslade partikeln hamnar i samma tillstånd som kvantpartikeln som kallas X. Detta är inte bara ett väldigt lika tillstånd, det är ett identiskt tillstånd – ingen mätning kunde urskilja denna partikel från det ursprungliga X. När detta händer har X teleporterats.

Den nya tekniken fungerar på liknande sätt. Först skapar fysiker ett par intrasslade partiklar. De placerar sedan en partikel i ett varierande magnetfält för att påverka dess tillstånd.

Det nya tricket som de har upptäckt är att arrangera detta experiment så att manipulation av den första partikeln gör att tillståndet hos dess intrasslade partner förändras på samma sätt.

Med andra ord använder de magnetfältet i ett område av rymden för att kontinuerligt kontrollera tillståndet för en partikel någon annanstans i rymden. Eller som Muschick och co uttryckte det: Vi visar hur förmågan att utföra kvantoperationer kontinuerligt och deterministiskt kan utnyttjas för att inducera icke-lokal dynamik mellan två separata parter.

Den nya tekniken bygger på ett subtilt trick. Fysiker har länge vetat att intrassling är en bräcklig sak - en mätning på en av paret förstör länken mellan dem, vilket är anledningen till att fysiker bara har kunnat teleportera enstaka partiklar, en i taget.

Detta är faktiskt ett allmänt problem i kvantvärlden – nysa och du förstör kvantnaturen hos systemet du studerar.

På senare år har fysiker dock upptäckt hur man manipulerar kvantobjekt utan att förstöra deras kvantnatur. Tricket är att knuffa dem väldigt försiktigt. Att göra detta kontinuerligt producerar så småningom en betydande förändring samtidigt som systemets kvantegenskaper bevaras.

Genombrottet som Muschik och co har gjort är att ta reda på hur man kan utföra samma sorts mjuka knuffar på ett intrasslat system, något som direkt leder till kvantfjärrkontroll.

Det är en intressant och potentiellt viktig utveckling med en varning - det nya arbetet är helt teoretiskt. Det verkar dock inte finnas någon anledning till varför kvantfjärrkontroll inte kunde testas i ett anständigt kvantoptiklabb just nu. Faktum är att olika medlemmar i detta team har tillgång till exakt den typ av faciliteter som kan användas för att testa idén.

Det är svårt att tro att de här killarna inte har ägnat några timmar åt att pilla med speglar och linsdukar i ett försök att få det här att fungera. Så kanske kan vi vara rimligt optimistiska om att se experimentell verifiering förr snarare än senare.

En mer intressant fråga är vilken användning quantum remote control kan visa sig vara. Förmågan att kontrollera tillståndet för kvantobjekt på avstånd borde ha enorma tillämpningar. Kanske kan läsare av den här bloggen vilja föreslå några av dem i kommentarsfältet nedan.

Ref: arxiv.org/abs/1304.0319 : Kvantteleportering av dynamik och effektiv interaktion mellan fjärrsystem

Dölj