เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง วิธีการกลั่นช่วยเสริมความแข็งแกร่งของพัวพันควอนตัมในโฟตอนคู่เดียว

เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง การพัวพันกันของควอนตัมเป็นทรัพยากรที่มีค่า ทำให้สามารถสื่อสารกันสายลับได้ และช่วยให้อัลกอริธึมควอนตัมทำงานได้เร็วกว่าแบบคลาสสิก แต่เช่นเดียวกับปรากฏการณ์ควอนตัมอื่นๆ การพัวพันก็ละเอียดอ่อนมากและไวต่อเสียงรบกวนจากสิ่งแวดล้อมเช่นกัน เนื่องจากโปรโตคอลการสื่อสารควอนตัมจำนวนมากต้องการการพัวพันในระดับสูงเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง การรักษาความพัวพันนั้นเป็นสิ่งสำคัญ

มีวิธีแก้ปัญหา แต่มาในราคาที่หนักหน่วง 

ด้วยการเสียสละวัตถุควอนตัมที่พันกันไม่ดีนักฟิสิกส์สามารถสร้างคู่ที่พัวพันกันได้ดีขึ้นจากวัตถุที่หลงเหลืออยู่ คล้ายกับการลดน้ำซุปที่อ่อนแอลงในซุปแสนอร่อยโดยการต้มน้ำส่วนเกิน วิธีการเพิ่มการพัวพันในวัตถุควอนตัมนี้เรียกว่าการกลั่นสิ่งพัวพันและได้รับการอธิบายครั้งแรกในทางทฤษฎีในช่วงปลายทศวรรษ 1990 ตั้งแต่นั้นมา ระบบควอนตัมทุกชนิดก็แสดงให้เห็น ตั้งแต่วงจรตัวนำยิ่งยวดไปจนถึงโฟตอน อย่างไรก็ตาม ขณะนี้นักวิจัยจากสถาบัน Quantum Optics และ Quantum Information (IQOQI) ที่กรุงเวียนนาได้สาธิตการกลั่นแบบพัวพันโดยใช้โฟตอนเพียงคู่เดียว. ด้วยการใช้คุณสมบัติของควอนตัมต่างๆ ที่ฝังอยู่ในคู่โฟตอนนี้ นักวิจัยเหล่านี้สามารถสร้างและกระจายสิ่งกีดขวางได้รวดเร็วขึ้น ง่ายขึ้น และมีการป้องกันที่มากกว่าที่เคยเป็นมา

ต้ม qubits ของคุณ การพัวพันกันทำให้คู่ของวัตถุควอนตัมสามารถสื่อสารกันได้ โดยไม่คำนึงว่าวัตถุเหล่านั้นจะแยกจากกันอย่างไรในอวกาศ คุณสมบัตินี้ทำให้โฟตอนคู่พันกันมีประโยชน์อย่างยิ่ง เนื่องจากทำให้ทั้งสองฝ่ายสามารถกระซิบความลับกันได้ โดยรู้ว่าไม่มีใครสามารถดักฟังได้โดยไม่รบกวนระบบควอนตัมที่ละเอียดอ่อนของพวกมัน อย่างไรก็ตาม สิ่งกีดขวางสามารถถูกทำลายโดยสิ่งแวดล้อมเมื่อเวลาผ่านไป ทำให้โฟตอนที่พันกัน “ได้ยิน” กันอย่างชัดเจนยากขึ้นเรื่อยๆ

การ์ตูนแสดงขวดกลั่นซึ่งเต็มไปด้วยอนุภาค

ที่พันกันเล็กน้อย โดยมี “หยด” ของอนุภาคที่พันกันสูงถูกกลั่นออกมา การกลั่นแบบ Entanglement แบบหยดต่อหยดคล้ายกับการลดสารละลายเจือจางลงในสารละลายเข้มข้น แทนที่จะใช้ความร้อนและเวลาเท่านั้น ขั้นตอนต่างๆ อาศัยวงจรควอนตัมที่ซับซ้อน การกลั่นสิ่งกีดขวางจะย้อนกลับเสียงนี้ ฟื้นการพัวพันและทำให้โฟตอนคู่หนึ่งมีชีวิตใหม่ผ่านโปรโตคอลที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินการทางควอนตัมลอจิกที่เรียกว่าเกทที่ควบคุมไม่ได้ (CNOT) ตามเนื้อผ้า 

โปรโตคอลนี้ค่อนข้างสิ้นเปลือง: ขั้นตอนการกลั่นแต่ละขั้นเสียสละโฟตอนคู่ที่ดีและที่แย่กว่านั้นคือไม่มีทางพิสูจน์ความล้มเหลวในการรับประกันว่าการดำเนินการจะประสบความสำเร็จ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยของ IQOQI ได้ค้นพบวิธีที่ดีกว่า Sebastian Ecker นักศึกษาระดับปริญญาเอกที่ IQOQI และผู้เขียนรายงานฉบับแรกซึ่งตีพิมพ์ใน Physical Review Lettersกล่าวว่า “คุณสามารถดำเนินการควบคุมเหล่านี้ได้ ไม่ใช่แค่ระหว่างโฟตอนสองโฟตอน แต่ระหว่างสองคุณสมบัติของโฟตอนเดียวกัน”

ใช้ประโยชน์จากองศาเสรีภาพ โฟตอนมีคุณสมบัติเฉพาะของควอนตัม เช่น สถานะโพลาไรซ์ ระดับพลังงาน และโหมดเชิงพื้นที่ นักฟิสิกส์เรียกคุณสมบัติเหล่านี้รวมกันว่า “ระดับความเป็นอิสระ” และทั้งหมดนี้ถูกใช้อย่างอิสระเพื่อแสดงให้เห็นถึงความพัวพัน อย่างไรก็ตาม การศึกษา IQOQI เป็นการทดลองครั้งแรกที่แสดงให้เห็นถึงการกลั่นแบบพัวพันกับระดับความเป็นอิสระที่แตกต่างกัน

ในการทดลอง นักวิจัยสร้างโฟตอนคู่พันกันโดยใช้คริสตัลไม่เชิงเส้น จากนั้นส่งโฟตอนแต่ละคู่ไปยังตารางออปติคัลที่แตกต่างกัน แต่ละโต๊ะมีเขาวงกตของอุปกรณ์ออปติคัลที่ดำเนินการขั้นตอนการกลั่นพัวพันและตีความผลลัพธ์ ที่แกนกลางของเขาวงกตนี้คืออุปกรณ์ออปติคัลที่ไม่อวดดีที่เรียกว่าเครื่องแยกลำแสงโพลาไรซ์ ลูกบาศก์แก้วขนาดเล็กนี้เปลี่ยนสถานะของโฟตอน 

โดยเปลี่ยนสถานะควอนตัมของโพลาไรเซชัน

ของโฟตอนก็ต่อเมื่อตรงตามเงื่อนไขบางประการกับโดเมนเวลาพลังงานของโฟตอน การกระทำนั้นอธิบายประตูลอจิก CNOT อย่างชัดเจน ซึ่งเป็นหนึ่งในหน่วยการสร้างตรรกะพื้นฐานของการคำนวณควอนตัม หลังจากกระบวนการกลั่นนี้เสร็จสิ้น นักวิจัยได้วัดคุณสมบัติของคู่โฟตอนและพิจารณาว่ามีการพัวพันกันมากน้อยเพียงใด ภาพประกอบสีสันสดใสของ ‘น้ำพัวพัน’ ที่มีป้ายกำกับว่า ‘แปลได้ 100%’

วิธีการตรวจสอบสิ่งกีดขวางควอนตัมใหม่ตัดเสียงรบกวน

นักวิจัยยังยืนยันด้วยว่ากระบวนการกลั่นของพวกเขานั้นแข็งแกร่งโดยการใส่เสียงเข้าไปในสิ่งแวดล้อมโดยเจตนา เนื่องจากเสียงนั้นได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวัง พวกเขาจึงสามารถวัดได้ว่าขั้นตอนใหม่ของพวกเขาทำงานได้ดีเพียงใดในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าวิธีการกลั่นสิ่งพัวพันนั้นเร็วกว่าวิธีการแบบสองคู่แบบเดิม 100 ล้านเท่า “จากประสบการณ์ของเรา ระดับความเป็นอิสระเหล่านี้แข็งแกร่งพอที่จะฟื้นการพัวพันหลังจากผ่านใยแก้วนำแสงที่ยาวหรือการเชื่อมโยงพื้นที่ว่าง” Ecker กล่าว

โลกที่ยุ่งเหยิงอย่างสมบูรณ์

เนื่องจากโพลาไรซ์และเวลาพลังงานมักถูกใช้ในด้านอื่น ๆ ของการสื่อสารควอนตัม นักวิจัยจึงมั่นใจว่าแผนงานของพวกเขาจะพบแอปพลิเคชั่นอื่น ๆ อีกมากมายในไม่ช้า หลังจากพิจารณาว่าวิธีนี้อาจปรับปรุงควอนตัมคีย์ที่แยกออกมาก่อนหน้านี้ได้อย่างไร ตอนนี้มุมมองของพวกเขาได้รับการตั้งค่าให้สูงขึ้นไปอีก “จะดีไหมถ้าคุณสามารถใช้สิ่งกีดขวางมิติสูงเพื่อทำให้พัวพันคิวบิตของคุณไม่มีเสียง? นี่คงจะเจ๋งจริงๆ” เอคเกอร์กล่าว

นักวิจัยเน้นย้ำว่างานนี้อยู่ในขั้นเริ่มต้น พวกเขาไม่สามารถระบุได้ว่าจะมี biomarker ของระบบประสาทและวงจรภาวะซึมเศร้าที่ระบุในการศึกษาแบบผู้เข้าร่วมคนเดียวนี้จะปรากฏในทุกคนหรือไม่ ตอนนี้พวกเขาได้ลงทะเบียนผู้ป่วยอีกสองคนในการทดลองและหวังว่าจะเพิ่มอีกเก้าคน

ผลลัพธ์ของพวกเขาเป็นอีกก้าวหนึ่งในการพยายามทำความเข้าใจคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเส้นใยคาร์บอนให้ดีขึ้น แต่นักวิจัยยังต้องเรียนรู้อีกมากเกี่ยวกับลักษณะของวัสดุคอมโพสิตที่ซับซ้อนกว่ามาก เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง