Този сайт използва бисквитки (cookies). Ако желаете можете да научите повече тукПриемам
24 април 2017
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Разни
FACEBOOK

В квантовото състезание всеки е едновременно и победител, и губещ

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 29 март 2017 в 12:3425980

Нашето разбиране за света се гради предимно върху основни възприятия като например, че събитията следват едно след друго в добре дефиниран ред. Такъв определен ред е необходим в макроскопичния свят, в който се прилагат законите на класическата физика.

Физици от Университета на Виена и Австрийската академия на науките показват, че в квантовата механика може да има ситуация, в която не е възможно да се определи мястото на причина и следствие в една причинно-следствената връзка между събитията.

Това е първият експеримент от този вид, в който неопределеността на причините е измерена директно, пише phys.org.

Статията ще бъде публикувана в следващия брой на Science Advances.

Когато описват природата, използвайки физични закони, учените често започват от всекидневния опит. Но интуицията не работи в квантовия свят. Физиците наскоро осъзнаха, че квантовата теория дори ни принуждава да поставим под въпрос вродените понятия като редът, по който се случват нещата.

Представете си, например, състезание между двама приятели, Алис и Боб. В ежедневието, победителят е първият, който пресече финалната линия. По този начин, здравият разум ни казва, че или Алис печели, или печели Боб или имат равен резултат. Тази логика обаче не винаги е приложима в квантовия свят. Всъщност квантовата механика позволява на всеки бегач да спечели и да загуби в едно състезание: Алис може да достигне финалната линия преди и след Боб в квантова суперпозиция (наслагване на двете състояния). Но дори и да проведем такова квантово състезание, как бихме могли да се уверим, че и двамата състезатели печелят в суперпозиция? Част от проблема е, че според доминиращата интерпретация на квантовата механика, когато го наблюдаваме състезанието "колапсира". Това означава, че можем да видим Алис да печели или да губи състезанието и не можем да видим суперпозиция.

В зависимост от състоянието на управляващия параметър (горе) или Алис извършва операцията преди Боб, или Боб преди Алис. Ако параметърът е квантов, то той може да се намира в суперпозиция от стойности - тогава възниква суперпозиция на реда на операциите. Едновременно и Алис получава фотона по-рано от Боб и Боб по-рано от Алис.
Giulia Rubino et al. / Science Advances, 2017

Свидетели на объркания ред на операциите

Група физици начело с Филип Валтер (Philip Walther) от Университета на Виена са приложили ново измерване, наричено "причинно-следствен свидетел", което им позволява да наблюдават едновременно победата и загубата на Алис. 

Формално "причинно-следственият свидетел" е математически инструмент, за да се определи дали е възможно да се опише един експеримент, без да се налага да прибягват до суперпозиционен ред, тоест дали двете състояния са разделими или неразделими (вплетени) - "свидетел на вплетеността".

С помощта на този нов инструмент физиците биха могли да направят повече от това просто да видят дали Алис печели и губи в суперпозиция, те могат да определят степента, до която всъщност са наложени двете ситуации.

Това е функция, чийто резултат е по-голям или равен на нула при разделими състояния и по-малък от нула - за неразделими.

Авторите на новата работа създадоха експеримент, в който суперпозицията на последователността на квантовите операции може да се изследва директно. Основната трудност е, че квантово състояние се унищожава при измерване и за прякото определяне на суперпозицията е необходимо да се въведе измерване на траекторията на фотона. За да се избегне разрушаването на състоянието авторите успяха експериментално да унищожат информацията за това кой конкретен маршрут е бил избран до попадането на фотона в детектора.

Схема на експерименталната установка
Giulia Rubino et al. / Science Advances, 2017

В първия етап оптично влакно, по което преминават единични фотони, насочва светлината към светоделител. Отразената светлина пада върху първия модул В (Боб), където става завъртане на равнината на поляризация на фотона и след това се изпраща към модул А (Алис), където се случва друга серия от завъртания на равнината на поляризация. След това в същия модул А светлината попада на поляризиращия светоделител - фотоните с вертикална поляризация се изпращат към двойка детектори, а с хоризонтална поляризация - след като преминат през друга серия от завъртания на равнината на поляризация - в друга двойка детектори. Пред детекторите е разположен светоделител, изтриващ информацията за това, по кой път е преминал фотонът. Пречупеният лъч попада първо в модул А, после В и накрая - в детектора.

По този начин в експеримента възникват едновременно два "типа" суперпозиции. Първият е суперпозиция на поляризациите на един фотон, а вторият - суперпозиция на траекториите, по които е минал фотонът. Физиците измерват само поляризацията на фотона, след като е преминал през установката и съставят графика на зависимостта на крайното състояние на фотона от първоначалното.

Светоделител - делител на светлинния лъч (beamsplitter)
Peeter Piksarv

Бъдещи последици

Математическото описание в случая на "свидетеля на вплитането" позволява на учените да построят функция, различаваща разделимите траектории от неразделимите (тоест, които са в суперпозиция). След като събират статистиката физиците показват, че вътре в установката наистина се случва суперпозиция на реда на операциите на фотона - статистическата значимост на този резултат достига 7 сигма стандартно отклонение (за коректен резултат е необходимо 5 сигма).

Интересното е, че експериментът решава сравнително проста задача - както в по-ранни изследвания, той позволява да се определи дали има разлика между последователностите на операции A и след това B и В и след това А. Освен това всеки класически алгоритъм изисква две обръщания към всяка от операциите А и В. Алгоритъмът, предложен от авторите, се нуждае само от едно обръщане за всяка операция. Според учените в ситуацията, когато операциите са повече от две, подобни суперпозиции на последователността на изчисленията ще дадат още по-голямо увеличение на скоростта на решаването на задачата.

"Нашата експериментална демонстрация е значителна стъпка напред в тази област, тъй като тя показва как може да се извлече информация от тези процеси, без да се нарушава тяхната квантова природа", отбелязва Джулия Рубино (Giulia Rubino), водещ автор на изследването.


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини

Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.