הפיזיקאים להראות זוגות יונים לבצע משופרת "פעולה מפחיד"

גלילאו עונה 7 פרק 4: לינה בסוס טרויאני (יוני 2019).

Anonim

בנוסף, הוכיחו עדויות חזקות כי חלקיקי אור מבצעים את מה שאיינשטיין כינה "פעולה מפחידה מרחוק", שבה שני אובייקטים נפרדים יכולים להיות בעלי חיבור החורג מהניסיון היומיומי, פיסיקאים מהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) אישרו כי חלקיקים של חומר יכול לפעול ממש מפחיד מדי.

צוות NIST הסתבך זוג יונים בריליום (אטומים טעונים) במלכודת, ובכך מקשר את המאפיינים שלהם, ולאחר מכן הפריד את הצמד וביצע אחד של קבוצה של מניפולציות אפשריות על כל המאפיינים של יון לפני מדידת אותם. באלפי ריצות, תוצאות המדידה של הצמד במקרים מסוימים תואמות, או במקרים אחרים שונים, לעתים קרובות יותר מאשר ניסיון יומיומי היה לחזות. המתאמים החזקים האלה הם סימני ההיכר של ההסתבכות הקוונטית.

יתר על כן, חישובים סטטיסטיים מצאו כי זוגות היונים הראו רמה גבוהה ונדירה של מפחידות.

"אנו בטוחים כי היונים הם 67 אחוז מפחיד", אמר Ting Rei Tan, המחבר הראשי של פיסיקל סקירה חדשה מכתבים נייר על הניסויים.

הניסויים היו "משורשרים" בדיקות בל, כלומר הם נבנו מתוך סדרה של קבוצות אפשריות של מניפולציות על שני יונים. שלא כמו ניסויים קודמים, אלה היו בדיקות משופרת Bell שבו מספר מניפולציות אפשריות עבור כל יון נבחר באופן אקראי מתוך קבוצות של לפחות שניים ועוד 15 אפשרויות.

שיטה זו מייצרת תוצאות סטטיסטיות חזקות יותר מאשר בדיקות קונבנציונאלי Bell. הסיבה לכך היא שככל שמספר האופציות גדל למניפולציה של כל יון, הסיכוי מצטמצם באופן אוטומטי כי היונים מתנהגים לפי הכללים הקלאסיים, או הלא קוונטיים. על פי הכללים הקלאסיים, כל האובייקטים חייבים להיות מוגדרים "מקומי" נכסים יכולים רק להשפיע זה על זה במהירות האור או לאט יותר. בדיקות בל כבר זמן רב כדי להראות כי באמצעות פיזיקה קוונטית, אובייקטים יכולים לשבור אחד או שני הכללים האלה, מפגין פעולה מפחיד.

בדיקות בל קונבנציונאלי לייצר נתונים כי הם תערובת של פעולה מקומית מפחיד. מושלם בדיקות כבול בל יכול, בתיאוריה, להוכיח שיש אפס סיכוי השפעה מקומית. תוצאות ה- NIST ירדו לסיכוי של 33% להשפעה מקומית - נמוכה יותר מאשר במבחני Bell קונבנציונליים, אך לא את הנמוכה ביותר שדווחה אי פעם עבור בדיקה משורשרת, אמר טאן.

עם זאת, הניסוי NIST פרצו קרקע חדשה על ידי סגירת שניים מתוך שלושה "פרצות" שעלולות לערער את התוצאות, רק בל הבדיקה לבוש לעשות זאת באמצעות שלוש אפשרויות או יותר עבור מניפולציה של חלקיקי חומר. התוצאות הן טובות מספיק כדי להסיק את האיכות הגבוהה של מדינות מסובכות באמצעות הנחות מינימליות על הניסוי - הישג נדיר, אמר טאן.

בשנה שעברה, קבוצה שונה של חוקרים NIST ומשתפי פעולה סגרה את כל שלוש פרצות בבדיקות בל קונבנציונאלי עם חלקיקי אור. הניסויים יון החדש לאשר שוב כי פעולה מפחיד הוא אמיתי.

"למעשה, האמנתי במכניקת הקוונטים לפני הניסוי הזה, "אמר טאן בצחקוק. "המוטיבציה שלנו היתה שניסינו להשתמש בניסוי זה כדי להראות עד כמה טובה טכנולוגיית המחשוב הקוונטית היונית שלנו שנלכדה, ומה אנחנו יכולים לעשות עם זה".

החוקרים השתמשו באותו מלכודת יון מלכודת כמו ניסויים מחשוב קוונטי הקודם. בעזרת מכשיר זה, החוקרים משתמשים באלקטרודות ולייזרים כדי לבצע את כל השלבים הבסיסיים הדרושים למחשוב קוונטי, כולל הכנה ומדידת מצבי הקוונטים של היונים; הובלת יונים בין אזורי מלכודת מרובים; ויצירת ביטים קוונטיים יציבים (qubits), סיבובי קוביט, ופעולות לוגיות של שני קוביט אמינים. כל התכונות הללו היו נחוצים כדי לנהל את בדיקות בל כבול. מחשבים קוונטיים צפויים יום אחד לפתור בעיות שאינן כרגע בלתי נשלט כגון הדמיה מוליכות (זרימת חשמל ללא התנגדות) ושבירת הנתונים הפופולריים ביותר של היום הצפנה קודי.

בבדיקות ה- Bell של ה- NIST, מספר ההגדרות (אפשרויות למניפולציות שונות לפני המדידה) נע בין 2 ל -15. המניפולציות פעלו על מצבי האנרגיה הפנימיים של היונים שנקראו "ספין" או "ספין". החוקרים השתמשו לייזרים כדי לסובב את ספינים של יונים בזוויות ספציפיות לפני המדידות הסופי.

החוקרים ביצעו כמה אלפי ריצות עבור כל הגדרה ואספו שתי ערכות נתונים זה מזה שישה חודשים. המדידות קובעות את מצבי הסיבוב של היונים. היו ארבע תוצאות אפשריות סופיות: (1) שני היונים מסתובבים, (2) יון הראשון ספין למעלה יון ספין למטה, (3) יון הראשון ספין למטה יון ספין השני, או (4) שני יונים להסתובב למטה. החוקרים מדדו את המדינות על סמך כמה היונים שהצטברו או פזורים בהירים בהירים הסתובבו והחושך הסתחרר.

הניסוי NIST סגרה את הפרצות הזיהוי והזיכרון, מה שעלול לאפשר למערכות הקלאסיות הרגילות להיראות מפחידות.

פרצת הזיהוי נפתחת אם הגלאים אינם יעילים וקבוצת משנה של הנתונים משמשת לייצוג מערך הנתונים כולו. בדיקות NIST סגר את הפרצה כי זיהוי פלואורסצנטי היה קרוב 100 אחוז יעיל, ואת תוצאות המדידה של כל ניסוי בכל ניסוי נרשמו ומשמשים לחישוב התוצאות.

פרצת הזיכרון נפתחת אם מניחים שהתוצאות של הניסויים מופצות באופן זהה או שאין ניסוי ניסיוני. בדיקות משורשרות קודמות הסתמכו על הנחה זו, אך מבחן ה- NIST היה מסוגל להוריד אותו. צוות NIST סגר את פרצת הזיכרון על ידי ביצוע אלפי ניסויים נוספים על פני שעות רבות עם סט של שש הגדרות אפשריות, באמצעות הגדרה שנבחרה אקראית עבור כל ניסוי ופיתוח טכניקה ניתוח סטטיסטי חזק יותר.

הניסויים NIST לא לסגור את פרצה היישוב, אשר פתוח אם זה אפשרי עבור הבחירה של הגדרות להיות מועברים בין היונים. כדי לסגור את הפרצה הזאת, היה צריך להפריד בין היונים במרחק כה גדול עד שהתקשורת ביניהם תהיה בלתי אפשרית, אפילו במהירות האור. בניסוי ה- NIST, היו היונים צריכים להיות ממוקמים קרוב זה לזה (לכל היותר, 340 מיקרומטרים) כדי להסתבך ונמדדו לאחר מכן, הסביר טאן.

menu
menu