Tässä on fysiikkaan liittyvä outo ilmiö: atomien sisällä olevia pieniä hiukkasia hallitsevat säännöt, ja ne säännöt ovat outoja. Outoja siinä mielessä, että Einstein kutsui niitä ”kaukaisiksi avaruudellisiksi toimiksi”. Tarkoitan kvanttikytkentää — ilmiötä, jossa kaksi hiukkasta on niin syvällisesti yhteydessä toisiinsa, että toiselle tapahtuva muutos vaikuttaa välittömästi toiseen, riippumatta niiden välisestä etäisyydestä.
Muistan, kun opin tästä ensimmäisen kerran yliopistossa, ja aivoni käytännössä oikosulki. Miten kaksi hiukkasta, jotka ovat universumin vastakkaisilla puolilla, voivat olla yhteydessä? Eikö tämän pitäisi olla mahdotonta?
No, Einstein ajatteli samoin. Hän ei pitänyt ilmiöstä. Hän uskoi, että hiukkasilla tulisi olla oma itsenäinen todellisuutensa, ja kvanttikytkentä näytti rikkovan tätä arkijärkiseen käsitykseen perustuvaa ajatusta. Mutta tässä on pointti — vuosikymmenien kokeet ovat osoittaneet Einsteinin olleen väärässä. Kvanttikytkentä on totta, se on outoa, ja se saattaa juuri olla seuraavan teknologisen vallankumouksen perusta.
Miksi tämä on merkityksellisempää kuin luulet
Kvanttikytkentä ei ole vain fysiikan uteliaisuutta. Se on selkäranka nouseville teknologioille, jotka voivat mullistaa kaiken turvallisesta viestinnästä laskentatehoon, joka tekee tämän päivän supertietokoneista laskimia.
Ongelmana on, että kvanttikytkennän todellinen käyttöönotto käytännön laitteissa on ollut erittäin hankalaa. On toinen asia osoittaa laboratorioolosuhteissa, että hiukkaset ovat kvanttikytkennässä, ja toinen luotettavasti luoda, manipuloida ja tunnistaa tiettyjä kvanttikytkennän tiloja käytännön sovelluksia varten.
Viimeiset 25 vuotta tutkijoilla on ollut luotettava menetelmä yhden tyyppisen kvanttikytkennän tilan (kutsutaan GHZ-tilaksi) tunnistamiseksi, mutta toinen olennainen tyyppi — W-tila — on pysynyt itsepäisen vaikeasti määriteltävänä. Ajattele sitä niin, että sinulla on luotettava työkalu toisen tyyppiselle lukolle, mutta ei mitään toiselle yhtä tärkeälle.
Asti tähän päivään.
”Aha!”-hetki: symmetrian hyödyntäminen
Tässä kohtaa uudesta tutkimuksesta tulee aidosti jännittävää. Kyoton ja Hiroshiman yliopistojen tutkijat löysivat nerokkaan tavan tunnistaa W-tiloja hyödyntämällä niin kutsuttua syklisen siirtymän symmetriaa.
Selitän tämän ilman matemaattisia termejä.
Kuvittele, että sinulla on kolme fotonia (valohiukkasta), jotka ovat kvanttikytkennässä W-tilassa. Kuvittele nyt, että voit siirtää niiden järjestystä toistuvassa syklissä — kuin pyörittäisit istuimia pyöreän pöydän äärellä — ja taustalla oleva kuvio pysyy tunnistettavana. Tätä symmetriaa tutkijat käyttivät ankkurinaan.
Tämän ominaisuuden avulla he suunnittelivat kvanttikytkentäpiirin, joka voi käytännössä ”katsoa” kvanttikytkennän tilaa ja selvittää, mikä se on, yhden ainoan mittauksen avulla, sen sijaan että perinteinen lähestymistapa vaatisi valtavia määriä dataa ja tilan rekonstruointia laskennallisesti.
Ero on kuin ero palapelin ratkaisemisen kokeilu- ja virheperiaatteella ja sen välillä, että joku handed sinulle vastauksen ja selittää, miten hän ties