Så her er noget vildt ved fysik: der findes regler, der styrer de små, små partikler inde i atomer, og disse regler er mærkelige. Som i, at Einstein kaldte dem for “spukhaftig virkning på afstand”. Vi taler om kvanteentanglement – fænomenet, hvor to partikler bliver så dybt forbundne, at det, der sker med den ene, øjeblikkeligt påvirker den anden, uanset hvor langt fra hinanden de er.
Jeg husker, hvordan mit hjernecelle næsten kortsluttede, da jeg første gang lærte om dette på universitetet. Hvordan kan to partikler i hver sin ende af universet være forbundne? Er det ikke umuligt?
Det mente Einstein også. Han var ikke fan. Han mente, at partikler skulle have hver sin uafhængige virkelighed, og entanglement syntes at stride mod denne sunde fornuft. Men her er det, at årtiers eksperimenter har bevist, at Einstein tog fejl. Entanglement er virkeligt, det er mærkeligt, og det kan netop være grundlaget for den næste revolution inden for teknologi.
Hvorfor dette er vigtigere, end du måske tror
Entanglement er ikke bare en fysisk kuriositet. Det er rygraden i fremvoksende teknologier, der kan omdefinere alt fra sikker kommunikation til regnekraft, der får nutidens supercomputere til at ligne lommeregnere.
Problemet er, at det at anvende entanglement i virkelige enheder har været utroligt vanskeligt. Det er én ting at bevise, at partikler er entangled i et laboratorium – det er en anden at pålideligt skabe, manipulere og identificere specifikke entanglede tilstande til praktiske anvendelser.
I de sidste 25 år har forskere haft en solid metode til at identificere én type entangled tilstand (kaldet GHZ-tilstanden), men en anden afgørende type – W-tilstanden – har været stædigt svær at fastslå. Tænk på det som at have et pålideligt værktøj til én type lås, men intet til en anden, lige så vigtig.
Indtil nu.
“Aha!”-øjeblikket: Brug af symmetri
Her bliver den nye forskning virkelig spændende. Forskere ved Kyoto University og Hiroshima University har fundt en klog måde at identificere W-tilstande på ved at udnytte noget, der kaldes cyklisk skift-symmetri.
Lad mig forklare, hvad det betyder i ikke-matematiske termer.
Forestil dig, at du har tre fotoner (lysens partikler), der er entangled i en W-tilstand. Forestil dig nu, at du kunne forskyde deres arrangement i en gentagende cyklus – som at rotere pladser ved et rundt bord – og at det underliggende mønster forbliver genkendeligt. Det er den symmetri, som forskerne brugte som anker.
Ved at bruge denne egenskab designede de en kvantekreds, der i bund og grund kan “se” en entangled tilstand og afgøre, hvad den er ved en enkelt måling, i stedet for at kræve den traditionelle tilgang, hvor man indsamler store mængder data og derefter rekonstruerer tilstanden beregningsmæssigt.
Forskellen er som forskellen mellem at løse et puslespil ved at prøve sig frem versus at få svaret af en person, der forklarer, hvordan de vidste det. Den såkaldte one-shot-tilgang er dramatisk mere effektiv.
Hvad dette betyder for fremtiden
Her bliver min indre tech-geek virkelig begejstret.
Dette gennembrud fremmer direkte kvante-teleportering – som, trods navnet, ikke handler om at sende materie nogen steder (beklager, Star Trek-fans). Det handler i stedet om at overføre kvanteinformation fra én placering til en anden ved hjælp af entanglement. Det er i bund og grund kvanteinternettets version af at sende en besked.
Den nye måleteknik kan også accelerere udviklingen af:
- Kvante-kommunikationsnetværk, der teoretisk set er umulige at hacke
- Målebaseret kvantecomputing, der kan være simplere at implement