Tady je něco divného ve fyzice: existují pravidla, která řídí malé, malé částice uvnitř atomů, a tato pravidla jsou podivná. Podivná v tom smyslu, že Einstein to nazval „strašidelným působením na dálku“. Mluvíme o kvantové provázanosti – jevu, kdy jsou dvě částice tak hluboce propojeny, že cokoliv se stane jedné z nich, okamžitě ovlivní druhou, bez ohledu na vzdálenost mezi nimi.
Pamatuji si, když jsem se o tom poprvé dozvěděl na vysoké škole a můj mozek se prakticky zkratujoval. Jak mohou být dvě částice na opačných koncích vesmíru propojeny? Není to supposed to be impossible?
No, i Einstein si to myslel. Nebyl fanouškem. Věřil, že každá částice by měla mít svou vlastní nezávislou realitu, a provázanost se zdála porušovat toto zdravorozumné pojetí. Ale tady je háček – desítky let experimentů prokázaly, že se Einstein mýlil. Provázanost je reálná, je divná a může být právě základem další revoluce v technologii.
Proč je to důležitější, než si myslíte
Provázanost není jen nějaká fyzikální kuriozita. Je páteří vznikajících technologií, které mohou přetvořit vše od zabezpečené komunikace až po výpočetní výkon, který dnešní superpočítače učiní zastaralými.
Problém je, že skutečné využití provázanosti v reálných zařízeních bylo neuvěřitelně složité. Jednou věcí je prokázat, že jsou částice v laboratoři provázány – jinou je spolehlivě vytvářet, manipulovat a identifikovat konkrétní provázané stavy pro praktické aplikace.
Posledních 25 let měli vědci solidní metodu pro identifikaci jednoho typu provázaného stavu (tzv. GHZ stav), ale další klíčový typ – W stav – zůstával tvrdohlavě obtížné určit. Představte si to jako mít spolehlivý nástroj pro jeden typ zámku, ale žádný pro druhý, stejně důležitý.
Až dosud.
„Aha!“ moment: Využití symetrie
Zde se nová výzkum stává genuinely vzrušujícím. Vědci z Kjótské univerzity a Hirošimské univerzity našli chytrý způsob, jak identifikovat W stavy využitím něčeho, co se nazývá cyklická posuvová symetrie.
Vysvětlím, co to znamená v nematematických pojmech.
Představte si, že máte tři fotony (částice světla), které jsou provázány ve W stavu. Nyní si představte, že byste mohli posunout jejich uspořádání v opakujícím se cyklu – jako otáčení sedadel u kulatého stolu – a základní vzor zůstává rozpoznatelný. To je ta symetrie, kterou výzkumníci použili jako svůj kotvící bod.
S využitím této vlastnosti navrhli kvantový obvod, který může v podstatě „podívat“ na provázaný stav a zjistit, co to je při jednom měření, místo aby vyžadoval tradiční přístup shromažďování obrovského množství dat a následné výpočetní rekonstrukce stavu.
Rozdíl je jako rozdíl mezi řešením hádanky metodou pokus-omyl versus tím, že vám někdo podá odpověď a vysvětlí, jak ji poznal. Přístup jednorázového měření je dramaticky efektivnější.
Co to znamená pro budoucnost
Zde se můj vnitřní technologický geek začíná opravdu vzrušovat.
Tento průlom přímo posouvá kvantovou teleportaci – která, navzdory názvu, nezahrnuje přenos hmoty nikam (promiňte, fanoušci Star Treku). Místo toho jde o přenos kvantové informace z jednoho místa na druhé pomocí provázanosti