27 Dimenzije! Fizičari Vide Fotone U Novom Svjetlu

{h1}

Znanstvenici su izravno izmjerili kvantna stanja, kao što je zamah, fotona, pomažući voditi put ka izgradnji kvantnih računala.

Kvantna računala i komunikacije obećavaju snažnije strojeve i neraskidive kodove. No, da bi radili, potrebno je izmjeriti kvantno stanje čestica poput fotona ili atoma. Kvantna stanja su brojevi koji opisuju karakteristike čestica kao što su zamah ili energija.

Ali mjerenje kvantnih stanja je teško i dugotrajno, jer ih sam čin djela mijenja i zato što matematika može biti složena. Sada, međunarodni tim kaže da su pronašli efikasniji način da to učine, što bi moglo pojednostaviti izgradnju kvantno-mehaničkih tehnologija.

U studiji detaljno objavljenoj u broju za časopis Nature Communications za 20. siječnja, istraživači sa Sveučilišta u Rochesteru i Sveučilišta u Glasgowu izradili su izravno mjerenje fotonskog 27-dimenzionalnog kvantnog stanja. Te su dimenzije matematičke, a ne dimenzije u prostoru, a svaka je broj koji pohranjuje informacije. Da biste razumjeli 27-dimenzionalno kvantno stanje, razmislite o liniji opisanoj u dvije dimenzije. Linija bi imala smjer u X i Y koordinatama - na primjer 3 inča lijevo i 4 inča prema gore. Kvantno stanje ima 27 takvih koordinata. [Kvantna fizika: najslađe male čestice u prirodi]

"Odabrali smo 27, nekako tako da napišemo točku na 26 slova abecede i bacimo još jedno", rekao je Mehul Malik, danas postdoktorski istraživač pri Bečkom univerzitetu. To znači da bi svaki kvantni zalogaj, ili "qubit", mogao spremiti slovo umjesto jednostavnog 1 ili 0.

Vidjevši foton

Grupa, koju su predvodili Malik i Robert Boyd, profesor optike i fizike na Sveučilištu u Rochesteru, mogla je izravno vidjeti stanja fotona. Izmjerili su orbitalni zamah fotona, koliko se čestice svjetlosti "izvrte" dok putuju kroz svemir.

Uobičajeno, pronalaženje kvantnog stanja fotona zahtijeva postupak u dva koraka. Prvo, znanstvenici moraju izmjeriti neko svojstvo fotona, poput njegove polarizacije ili zamaha. Mjerenja se izvode na mnogim primjercima kvantnog stanja fotona. Ali taj postupak ponekad uvodi pogreške. Da bi se riješili pogrešaka, znanstvenici moraju gledati kakve su rezultate dobili "onemogućena" stanja - ona koja ne slijede zakone fizike. Ali jedini način da ih pronađete je pretražiti sve rezultate i odbaciti one koji su nemogući. To pojede puno računalnog vremena i truda. Taj se postupak naziva kvantna tomografija. [9 najvećih nerazriješenih misterija iz fizike]

Svjetlosni val je kombinacija električnog i magnetskog polja od kojih svako oscilira i stvara val. Svaki se val kreće u vremenu s drugim, a oni su okomiti jedan na drugoga. Snop svjetlosti sastoji se od puno tih valova.

Svjetlost može imati ono što se naziva orbitalni zamah. U snopu bez orbitalnog zamaha uspoređeni su vrhovi valova - na primjer, električni. Ravnina koja povezuje ove vrhove bit će ravna. Ako snop ima orbitalni kutni zamah, ravnina koja povezuje ove vrhove napravit će spiralni, spiralni uzorak, jer se svjetlosni valovi pomalo odmaknu jedan od drugog dok obilazite zraku. Da bi izmjerili stanje fotona, znanstvenici moraju "otkriti" ovaj spiralni oblik valova u snopu.

Mjerenje kvantnog stanja fotona

Tim je najprije ispalio laser kroz komad prozirnog polimera koji je lomio svjetlost, "otkidajući" spiralu koju stvaraju valovi. Svjetlost je potom prošla kroz posebne leće u rešetku koja stvara mnogo kopija snopa. Nakon prolaska kroz rešetku, svjetlost se širi u obliku šireg snopa.

Nakon što se snop proširi, on udara u uređaj koji se zove prostorni modulator svjetlosti. Modulator vrši prvo mjerenje. Zatim se greda reflektira natrag u istom smjeru iz kojeg je došla i prolazi kroz cijepač snopa. U tom se trenutku dio trake pomiče prema prorezu, što čini drugo mjerenje. [Iskrivljena fizika: 7 eksperimenata sa puhanjem uma]

Jedno od dva mjerenja naziva se „slabo“, a drugo „snažno“. Mjerenjem dvaju svojstava kvantno stanje fotona može se rekonstruirati bez dugih izračunavanja za ispravljanje pogrešaka.

U kvantnim računalima kvantno stanje čestice je ono što pohranjuje kbit. Na primjer, qubit se može pohraniti u polarizaciju fotona ili u orbitalno-kutnom zamahu ili u oba. Atomi također mogu pohraniti qubits, u svom trenu ili okretima.

Trenutna kvantna računala imaju samo nekoliko bita u sebi. Malik je napomenuo da je rekord 14 kubika, koristeći ione. Većinu vremena ioni ili fotoni imaju samo nekoliko bitova koje mogu pohraniti, jer će stanja biti dvodimenzionalna. Fizičari koriste dvodimenzionalne sustave, jer to je ono čime mogu manipulirati - bilo bi vrlo teško manipulirati s više od dvije dimenzije, rekao je.

Izravno mjerenje, za razliku od tomografije, trebalo bi olakšati mjerenje stanja čestica (u ovom slučaju fotona). To bi značilo da je jednostavnije dodati više dimenzija - tri, četiri ili čak - kao u ovom eksperimentu, 27 - i pohraniti više informacija.

Mark Hillery, profesor fizike na Hunter Collegeu u New Yorku, bio je skeptičan da će se izravno mjerenje pokazati nužno boljim od postojećih tehnika. "Postoji kontroverza oko slabih mjerenja - posebno je li zaista korisno ili ne", napisala je Hillery u e-poruci WordsSideKick.comu. "Za mene je glavni problem ovdje je li tehnika koju koriste bolja (učinkovitija) od kvantno-državne tomografije za rekonstrukciju kvantnog stanja, pa na kraju kažu kako zapravo ne znaju."

Jeff Savail, istraživač magistra na Kanadskom sveučilištu Simon Fraser, radio je na sličnom problemu s izravnim mjerenjima u Boydovoj laboratoriji, a njegov rad citiran je u Malikovoj studiji. U e-poruci rekao je da je jedan od najuzbudljivijih implikacija "problem s mjerenjem". To jest, u kvantno mehaničkim sustavima pitanje zašto neka mjerenja kvare kvantna stanja, a druga ne predstavlja dublje filozofsko pitanje nego što se tiče samih kvantnih tehnologija. "Tehnika izravnog mjerenja omogućava nam da vidimo pravo u srce kvantnog stanja s kojim imamo posla", rekao je. To ne znači da nije korisno - daleko od toga. "Također se mogu pojaviti aplikacije u slikanju, jer poznavanje valne funkcije slike, umjesto kvadrata, može biti vrlo korisno."

Malik se složio da je potrebno još eksperimenata, ali još uvijek misli da bi prednosti mogle biti u ponudi za izravno mjerenje relativne brzine. "Tomografija smanjuje pogreške, ali naknadna obrada [izračuna] može trajati satima", rekao je.

Prati nas @wordssidekick, Facebook, Izvorni članak o WordsSideKick.com.


Video Dodatak: .




Istraživanje


Kako Roboti Grade Metalni Most S 3D Tiskom U Amsterdamu
Kako Roboti Grade Metalni Most S 3D Tiskom U Amsterdamu

Novi Laser Stvoren Od Fluorescentnih Proteina Meduza
Novi Laser Stvoren Od Fluorescentnih Proteina Meduza

Znanost Vijesti


Dojenje Čini Li Dojkom Sag?
Dojenje Čini Li Dojkom Sag?

Kako Bluefin-21 Traži Olupinu Leta 370 Na Oceanskom Podu (Infographic)
Kako Bluefin-21 Traži Olupinu Leta 370 Na Oceanskom Podu (Infographic)

Prapovijesni X-Men: Kako Su
Prapovijesni X-Men: Kako Su "Prvi Mutanti" Ljudima Dodijelili "Supersile"

Činjenice O Divokozama
Činjenice O Divokozama

Studija: Instant Poruke Su Iznenađujuće Formalne:-)
Studija: Instant Poruke Su Iznenađujuće Formalne:-)


HR.WordsSideKick.com
Sva Prava Pridržana!
Umnožavanje Bilo Koje Materijale Dozvoljen Samo Prostanovkoy Aktivni Link Na Stranicu HR.WordsSideKick.com

© 2005–2020 HR.WordsSideKick.com