Infografik som förklarar experimentet. Kredit:RIKEN
En teoretisk studie visar att långväga intrassling verkligen kan överleva vid temperaturer över absolut noll, om de korrekta villkoren är uppfyllda.
Quantum computing har öronmärkts som nästa revolutionerande steg i datoranvändning. Men nuvarande system är endast praktiskt taget stabila vid temperaturer nära absolut noll. Ett nytt teorem från ett japanskt forskningssamarbete ger en förståelse för vilka typer av långväga kvantintrasslingar som överlever vid temperaturer som inte är noll, avslöjar en grundläggande aspekt av makroskopiska kvantfenomen och vägleder vägen mot ytterligare förståelse av kvantsystem.
När saker blir små, ända ner till en tusendels bredd av ett människohår, ersätts den klassiska fysikens lagar av kvantfysikens lagar. Kvantvärlden är konstig och underbar, och det finns mycket om den som forskarna ännu inte har förstått. Storskaliga eller "makroskopiska" kvanteffekter spelar en nyckelroll i extraordinära fenomen som supraledning, som är en potentiell spelväxlare i framtida energitransporter, samt för den fortsatta utvecklingen av kvantdatorer.
Det är möjligt att observera och mäta "kvantitet" i denna skala i särskilda system med hjälp av långväga kvantintrassling. Kvantintrassling, som Albert Einstein en gång berömt beskrev som "läskig handling på avstånd", uppstår när en grupp partiklar inte kan beskrivas oberoende av varandra. Det betyder att deras egenskaper är sammanlänkade:om du kan beskriva en partikel till fullo kommer du också att veta allt om partiklarna som den är intrasslad med.
Långtäckande intrassling är central för kvantinformationsteorin, och dess vidare förståelse kan leda till ett genombrott inom kvantberäkningsteknik. Långdistanskvantintrassling är dock stabil vid specifika förhållanden, såsom mellan tre eller flera parter och vid temperaturer nära absolut noll. Vad händer med tvåparts intrasslade system vid temperaturer som inte är noll? För att svara på denna fråga presenterade forskare från RIKEN Center for Advanced Intelligence Project, Tokyo, och Keio University, Yokohama, nyligen en teoretisk studie i Physical Review X beskriver långväga intrassling vid temperaturer över absolut noll i tvådelade system.
"Syftet med vår studie var att identifiera en begränsning av strukturen av långväga intrassling vid godtyckliga temperaturer utanför noll", förklarar RIKEN Hakubi Team Leader Tomotaka Kuwahara, en av författarna till studien, som utförde forskningen medan han var på RIKEN Center for Advanced Intelligence Project. "Vi tillhandahåller enkla no-go-satser som visar vilka typer av långväga intrassling som kan överleva vid temperaturer som inte är noll. Vid temperaturer över absoluta nollpunkten vibrerar och rör sig partiklar i ett material på grund av termisk energi, som verkar mot kvantintrassling. Vid godtyckliga temperaturer som inte är noll kan ingen intrassling på lång räckvidd kvarstå mellan endast två delsystem."
Forskarnas resultat stämmer överens med tidigare observationer att långväga intrassling överlever vid en temperatur som inte är noll endast när mer än tre delsystem är inblandade. Resultaten tyder på att detta är en grundläggande aspekt av makroskopiska kvantfenomen vid rumstemperatur, och att kvantenheter måste konstrueras för att ha multipartite intrasslade tillstånd.
"Det här resultatet har öppnat dörren till en djupare förståelse av kvantintrassling över stora avstånd, så det här är bara början", säger professor Keijo Saito vid Keio University, medförfattare till studien. "Vi strävar efter att fördjupa vår förståelse av sambandet mellan kvantförveckling och temperatur i framtiden. Denna kunskap kommer att sätta fart på och driva utvecklingen av framtida kvantenheter som fungerar vid rumstemperatur, vilket gör dem praktiska."
Medan kvantanordningar som fungerar vid stabila rumstemperaturer fortfarande är i sin linda, ser kvantförsegling ut att "binda" framtiden för detta område. + Utforska vidare
