Íme valami vad dolog a fizikában: szabályok irányítják az atomok belsejében lévő aprócska részecskéket, és ezek a szabályok furcsák. Olyan furcsák, mint amit Einstein „szörnyű távolhatásnak” nevezett. A kvantumos összefonódásról beszélünk – arról a jelenségről, amikor két részecske olyan mélyen összekapcsolódik, hogy az egyikvel történtek azonnal hatnak a másikra, függetlenül attól, milyen távol vannak egymástól.
Emlékszem, amikor először tanultam erről az egyetemen, és az agyam gyakorlatilag zárlást szenvedett. Hogyan lehet két, az univerzum két végén lévő részecskének összefonódva lennie? Nem lehetetlen ez?
Nos, Einstein is így gondolta. Nem volt rajongója. Úgy vélte, hogy a részecskéknek mindegyikének saját, független valósággal kell rendelkeznie, és az összefonódás látszólag sértette ezt az egészséges józan ész alapú felfogást. De itt a lényeg – évtizedek kísérletei bizonyították, hogy Einstein tévedett. Az összefonódás valós, furcsa, és talán éppen a következő technológiai forradalom alapja lehet.
Miért fontos ez, mint gondolnád
Az összefonódás nem csupán egy fizikai érdekesség. Az elterjedőben lévő technológiák gerince, amelyek átalakíthatják mindent a biztonságos kommunikációtól kezdve a számítási teljesítményig, amely mellett a mai szuperszámítógépek úgy tűnnek, mint zsebszámológépek.
A probléma az, hogy az összefonódás tényleges felhasználása valódi eszközökben rendkívül bonyolult volt. Az egyik dolog, hogy bizonyítsuk a laborban a részecskék összefonódását – egészen más megbízhatóan létrehozni, kezelni és felismerni a gyakorlati alkalmazásokhoz szükséges konkrét összefonódott állapotokat.
Az elmúlt 25 évben a tudósok egy szilédos módszertant alkalmaztak egyfajta összefonódott állapot (az úgynevezett GHZ-állapot) azonosítására, de egy másik kulcsfontosságú típus – a W-állapot – makacsan nehezen volt meghatározható. Képzeljük el, hogy van egy megbízható eszközünk az egyik típusú zár feloldására, de semmi egy másik, ugyanolyan fontos zárhoz.
Eddig.
Az „Aha!” pillanat: a szimmetria kihasználása
Itt válik igazán izgalmassá az új kutatás. A Kiotói Egyetem és a Hirosimai Egyetem tudósai egy ügyes módszert találtak a W-állapotok azonosítására, kihasználva az úgynevezett ciklikus eltolási szimmetriát.
Hadd magyarázzam el nem matematikai nyelven, mit jelent ez.
Képzeljünk el három fotont (fényrészecskét), amelyek W-állapotban vannak összefonódva. Most képzeljük el, hogy eltolhatjuk az elrendezésüket egy ismétlődő ciklusban – mint egy kerek asztalnál a székek forgatását – és az alapmintázat felismerhető marad. Erre a szimmetriára épültek a kutatók.
Ezen tulajdonság kihasználásával olyan kvantumos áramkört terveztek, amely gyakorlatilag „megnézi” az összefonódott állapotot, és egyetlen mérés során megállapítja, mi az, ahelyett, hogy a hagyományos megközelítés szerint hatalmas mennyiségű adatot kellene gyűjteni, majd számítógépes rekonstrukcióval meghatározni az állapotot.
A különbség olyan, mint a próba-szerencse alapú kirakós megoldása és az között, amikor valaki átadja a megoldást, és elmagyarázza, hogyan jutott el oda. Az egylépéses megközelítés drámaian hatékonyabb.
Mit jelent ez a jövő számára
Itt jön elő bennem a technológiai geek.
Ez az áttörés közvetlenül előmozdítja a kv