Her er noe vilt med fysikk: Det finnes regler som styrer de små, små partiklene inne i atomer, og disse reglene er merkelige. Som i «spukaktig virkning på avstand», som Einstein kalte det. Vi snakker om kvantesammenfiltring — fenomenet der to partikler blir så dypt forbundet at hva som skjer med den ene umiddelbart påvirker den andre, uansett hvor langt fra hverandre de er.
Jeg husker første gang jeg lærte om dette på universitetet, og hjernen min gikk nesten i kortslutning. Hvordan kan to partikler på motsatt side av universet være forbundet? Er ikke dette supposedt å være umulig?
Tja, Einstein mente også det. Han var ikke en fan. Han trodde at partikler skulle ha sin egen uavhengige virkelighet, og sammenfiltring syntes å bryte mot denne sunne fornuftens oppfatning. Men her er saken — tiår med eksperimenter har bevist at Einstein tok feil. Sammenfiltring er reell, den er merkelig, og den kan være grunnlaget for neste revolusjon innen teknologi.
Hvorfor dette betyr mer enn du kanskje tror
Sammenfiltring er ikke bare en fysikk-kuriositet. Det er ryggraden i fremvoksende teknologier som kan omforme alt fra sikker kommunikasjon til regnekraft som får dagens superdatamaskiner til å se ut som kalkulatorer.
Problemet er at faktisk å bruke sammenfiltring i virkelige enheter har vært utrolig vanskelig. Det er én ting å bevise at partikler er sammenfiltret i et laboratorium — det er en annen å pålitelig opprette, manipulere og identifisere spesifikke sammenfiltrede tilstander for praktiske anvendelser.
De siste 25 årene har forskere hatt en solid metode for å identifisere én type sammenfiltret tilstand (kalt GHZ-tilstanden), men en annen viktig type — W-tilstanden — har vært stubborn difficult to pin down. Tenk på det som å ha et pålitelig verktøy for én type lås, men ingenting for en annen like viktig.
Inntil nå.
«Aha!»-øyeblikket: Å utnytte symmetri
Her blir den nye forskningen genuint spennende. Forskere ved Kyoto University og Hiroshima University fant en smart måte å identifisere W-tilstander på ved å utnytte noe som kalles syklisk skift-symmetri.
La meg forklare hva det betyr i ikke-matematiske termer.
Forestill deg at du har tre fotoner (lysens partikler) som er sammenfiltret i en W-tilstand. Forestill deg nå at du kunne forskyve deres arrangement i en gjentagende syklus — som å rotere plasser rundt et rundt bord — og at det underliggende mønsteret forblir gjenkjennelig. Det er denne symmetrien forskerne brukte som anker.
Ved å bruke denne egenskapen designet de en kvantekrets som i essensen kan «se» på en sammenfiltret tilstand og finne ut hva den er i én enkelt måling, i stedet for å kreve den tradisjonelle tilnærmingen med å samle store mengder data og deretter rekonstruere tilstanden beregningsmessig.
Forskjellen er som forskjellen mellom å løse en puslespill ved prøving og feiling versus å få svaret servert av noen som forklarer hvordan de visste det. Den «one-shot»-tilnærmingen er dramatisk mer effektiv.
Hva dette betyr for fremtiden
Her blir min indre teknogeek virkelig entusiastisk.
Dette gjennombruddet fremmer direkte kvante-teleportering — som, tross navnet, ikke innebærer å sende materie noe sted (beklager, Star Trek-fans). I stedet handler det om å overføre kvanteinformasjon fra ett sted til et annet ved hjelp av sammenfiltring. Det er i essensen kvanteinternettens versjon av å sende en melding.
Den nye måleteknikken kan også akselerere utviklingen av:
- Kvantekommunikasjonsnettverk som er teoretisk uknackbare
- Målebaserte kvantedatabehandlings tilnærminger som kan være enklere å implementere
- Flere-foton-systemer for mer kraftfulle kvantepros