Изследователи демонстрират, че квантовото вплитане и топологията са неразривно свързани

Ваня Милева Последна промяна на 11 януари 2024 в 00:00 7810 0

Концептуална илюстрация на вплетената топология на Skyrmion. Всеки фотон допринася за възникващата топология, която съществува само като комбинирана структура от двата фотона.

Кредит Wits University

Концептуална илюстрация на вплетената топология на Skyrmion. Всеки фотон допринася за възникващата топология, която съществува само като комбинирана структура от двата фотона.

За първи път изследователи демонстрират забележителната способност да смущават двойки пространствено разделени, но взаимосвързани квантово вплетени частици, без да променят техните общи свойства.

Екипът включва изследователи от Лабораторията за структурирана светлина в Университета на Witwatersrand в Южна Африка, ръководени от професор Андрю Форбс (Andrew Forbes), в сътрудничество с фиозика, специалист по струнната теория, Робърт де Мело Кох (Robert de Mello Koch) от Университета Худжоу в Китай, преди работил в Университета Уитс.

"Ние постигнахме този експериментален крайъгълен камък чрез вплитане на два идентични фотона и персонализиране на тяхната споделена вълнова функция по такъв начин, че тяхната топология или структура да стане очевидна само когато фотоните се третират като единна структура," обяснява водещият автор, Педро Орнелас, студент по магистърска степен в лабораторията за структурирана светлина.

Тази връзка между фотоните е установена чрез квантово вплитане, наричано "призрачно действие от разстояние" от Айнщайн, позволявайки на частиците да си влияят на резултатите от измерването дори когато са разделени на значителни разстояния.

Изследването е публикувано в Nature Photonics на 8 януари 2024 г.

Ролята на топологията и нейната способност да запазва свойствата в тази работа може да се оприличи на това как чаша за кафе може да бъде преоформена във формата на поничка; въпреки промените във външния вид и формата по време на трансформацията, остава постоянна и непроменена една дупка, която е важната топологична характеристика. По този начин двата обекта са топологично еквивалентни.

"Вплитането между нашите фотони е пластично като глина в ръцете на грънчар, но по време на процеса на формоване някои характеристики се запазват," обяснява Форбс.

Естеството на изследваната тук топология, наречена топология на Скирм (Skyrmion topology), първоначално е изследвана от Тони Скирм (Tony Skyrme) през 80-те години на миналия век като полеви конфигурации, показващи подобни на частици характеристики. В този контекст топологията се отнася до глобално свойство на полетата, подобно на парче плат (вълновата функция), чиято текстура (топологията) остава непроменена, независимо от посоката, в която е деформирана.

Оттогава тези концепции са реализирани в съвременни магнитни материали, течни кристали и дори като оптични аналози, използващи класически лазерни лъчи. В областта на физиката на кондензираната материя, скирмионите са високо ценени за тяхната стабилност и устойчивост на смущения, което води до новаторски напредък в устройствата за съхранение на данни с висока плътност.

"Ние се стремим да видим подобно трансформиращо въздействие с нашите квантово вплетени скирмиони", коментира Форбс.

Предишни изследвания изобразяват тези скирмиони като локализирани на едно място.

"Нашата работа представя промяна на парадигмата: топологията, за която традиционно се е смятало, че съществува в единична и локална конфигурация, сега е нелокална или споделена между пространствено разделени субекти", казва Орнелас.

Разширявайки тази концепция, изследователите използват топологията като рамка за класифициране или разграничаване на вплетените състояния. Те предвиждат, че "тази нова перспектива може да служи като система за етикетиране на вплетени състояния, подобно на азбука", отбелязва съавторът д-р Исак Напе (Isaac Nape).

"Подобно на начина, по който сферите, поничките и белезниците се различават по броя на дупките, които съдържат, нашите квантови скирмиони могат да бъдат диференцирани по техните топологични аспекти по същия начин", обяснява Напе.

Екипът се надява, че това може да се превърне в мощен инструмент, който проправя пътя за нови протоколи за квантова комуникация, които използват топология като азбука за обработка на квантова информация през канали, базирани на вплитане.

Констатациите, докладвани в статията, са от решаващо значение, тъй като изследователите са се работили десетилетия по разработването на техники за запазване на вплетени състояния. Фактът, че топологията остава непокътната дори когато вплитането се разпада, предполага потенциално нов механизъм за кодиране, който използва вплитане, дори в сценарии с минимално вплитане, където традиционните протоколи за кодиране биха се провалили .

"Ще съсредоточим нашите изследователски усилия върху дефинирането на тези нови протоколи и разширяване на пейзажа от топологични нелокални квантови състояния", обещава Форбс.

Справка: Pedro Ornelas et al, Non-local skyrmions as topologically resilient quantum entangled states of light, Nature Photonics (2024). DOI: 10.1038/s41566-023-01360-4

ИзточникResearchers demonstrate that quantum entanglement and topology are inextricably linked, Wits University

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !