Открытие квантовой запутанности может открыть новые коммуникационные технологии • Запись

В классической «Игре Эндера» Орсон Скотт Кард представил мир, в котором самый умный и самый молодой тактик Земли может мгновенно вести армии на огромные расстояния, используя устройство под названием Ансибл.

Пока еще не принято решение о том, будет ли такое устройство когда-либо возможным, ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DoE) на этой неделе Петля По их словам, своего рода «беспрецедентная» квантовая запутанность может однажды позволить создать новые мощные средства связи и компьютеры.

Ученые пытались количественно использовать запутанные частицы с тех пор, как это явление было теоретизировано в начале 20-го века, и эта тема была источником горячих споров среди физиков на протяжении десятилетий. Однако в конце прошлого года трое ученых — Алан Аспект, Джон Клаузер и Антон Зеллингер — были удостоены Нобелевской премии по физике за работу над квантовой запутанностью.

«Новый» тип квантовой запутанности

Последние открытия Брукхейвена были сделаны при изучении новых способов исследования внутренней работы атомных ядер. Эксперименты, описанные в журнале Научные достиженияиспользовать релятивистский коллайдер тяжелых ионов Брукхейвена для ускорения частиц почти до скорости света.

Обычно коллайдер сталкивает частицы золота друг с другом. Это разрушило бы границы между протонами и нейтронами и позволило бы ученым изучать кварки и глюоны — две элементарные частицы, из которых состоят ядра атомов — в среде, похожей на ту, что существовала в самые ранние моменты жизни галактики.

Но вместо того, чтобы столкнуться друг с другом, частицы золота были окружены облаком фотонов, и некоторым из них позволили пройти сквозь него.

Согласно Брукхейвену, когда они проходили мимо друг друга, ряд квантовых флуктуаций, порожденных взаимодействием между фотонами и глюонами, породил новую частицу, которая быстро распалась на пару заряженных пионов. При измерении эти пионы позволили ученым составить карту распределения глюонов внутри атомного ядра.

в Сообщение блогаЭта технология немного похожа на сканирование в кабинете врача, сказал Даниэль Бранденбург, член коллаборации STAR, который работал над проектом, но вместо того, чтобы заглянуть внутрь мозга пациента, ученые изучают внутреннюю работу протонов.

Проводя эти измерения, ученые говорят, что заметили странное явление — новый тип квантовой интерференции.

«Мы измеряем две частицы снаружи, и они, очевидно, имеют разные заряды — это разные частицы — но мы видим интерференционные картины, которые указывают на то, что эти частицы запутаны или синхронизированы друг с другом, даже если они являются различимыми частицами», — физик Чжанбо Сюй. в Брукхейвенской национальной лаборатории в США, говорится в сообщении блога.

По словам Брукхейвена, большинство других наблюдений запутанности наблюдалось между идентичными фотонами или электронами. «Это первое экспериментальное наблюдение запутанности между разнородными частицами», — утверждает Бранденбург.

Введение в квантовый интернет

Различные лаборатории Министерства энергетики США уже много лет изучают квантовую механику, включая практическое применение квантовой запутанности, и вложили Миллионы долларов в развитии квантового интернета.

Хотя это и не является неприемлемым, квантовые сети используют свойства частиц для кодирования данных более эффективно, чем это возможно с двоичными числами и нулями, используемыми в обычных вычислениях. По крайней мере, это идея, во всяком случае.

Хотя усилия по созданию квантовых сетей все еще находятся в зачаточном состоянии, несколько экспериментов показали многообещающие результаты. В 2019 году Брукхейвен прувер Запутанные фотоны транспортируются по оптоволоконной сети протяженностью около 11 миль. В то время в США проводился самый продолжительный эксперимент по квантовой запутанности.

Недавно исследователи в Нидерландах объявиться Квантовая информация передается с использованием промежуточного узла, что, по их словам, необходимо для обеспечения работы квантового интернета. ®