En halvlederchip til kvantebehandling (University of Rochester/J. Adam Window) Ved at gøre brug af de 'uhyggelige' love bag kvante sammenfiltring , mener fysikere har fundet en måde at få information til at springe mellem et elektronpar adskilt af afstand.
Teleportering af grundlæggende tilstandemellem fotoner– masseløse lyspartikler – bliver hurtigt gamle nyheder, et trick vi stadig lærer at udnytte iedbogkrypteret kommunikationteknologi.
Men hvad den seneste forskning har opnået er kvanteteleportation mellem partikler af stof - elektroner - noget, der kunne hjælpe med at forbinde kvanteberegning med den mere traditionelle elektroniske slags.
'Vi leverer beviser for 'entanglement swapping', hvor vi skaber sammenfiltring mellem to elektroner, selvom partiklerne aldrig interagerer, og 'quantum gate teleportation', en potentielt nyttig teknik til kvanteberegning ved hjælp af teleportation,' siger fysiker John Nichol fra University of Rochester i New York.
'Vores arbejde viser, at dette kan gøres selv uden fotoner.'
Entanglement er fysik jargon for, hvad der virker som et ret ligetil koncept.
Hvis du køber et par sko i en butik og efterlader en, ved du automatisk, hvilken fod det tilhører, i det øjeblik du kommer hjem. Skoene er – sådan set – viklet ind.
Hvis butiksejeren tilfældigt trækker sin matchende partner ud, når du vender tilbage, vil du tro, at de enten huskede dit salg, lavede et heldigt gæt eller måske var lidt 'uhyggelige' i deres forudsigelse.
Den virkelige underlighed opstår, når vi forestiller os, at din ensomme sko er både venstre og højre på samme tid, i hvert fald indtil du ser på den. I samme øjeblik knipser skoens partner tilbage i butikken også i form, som om dit snigende kig teleporterede over den afstand.
Det er en slags serendipital meningsudveksling, som Einstein følte var lidt for uhyggelig til komfort. Næsten et århundrede efter at fysikere rejste muligheden, ved vi nu, at teleportering mellem sammenfiltrede partikler er, hvordan universet fungerer på et grundlæggende niveau.
Selvom det ikke ligefrem er en teleportering af Star Trek-typen, der kunne sende hele objekter hen over rummet, er matematikken, der beskriver dette informationsspring, meget nyttig til at udføre specielle former for beregninger i computere.
Typisk computerlogik består af et binært sprog af bits, mærket enten 1s og 0s. Quantum computing er bygget med qubits, der kan optage begge tilstande på én gang – hvilket giver langt større muligheder, som klassisk teknologi ikke kan røre ved.
Problemet er, at universet er som et stort virvar af sko, der alle truer med at gøre dit delikate spil 'gæt hvilken fod' til et mareridtsspil i det øjeblik, en qubit interagerer med omgivelserne.
Manipulering af fotoner til at transmittere deres sammenfiltrede tilstande er gjort lettere takket være det faktum, at de hurtigt kan adskilles med lyshastighed over enorme afstande gennem et vakuum eller ned ad en optisk fiber.
Men at adskille sammenfiltrede masser - såsom elektronpar - er mere af en udfordring, da deres klodsede interaktioner, når de hopper langs, næsten helt sikkert vil ødelægge deres matematisk rene kvantetilstand.
Det er dog en udfordring, der er besværet værd.
'Individuelle elektroner er lovende qubits, fordi de interagerer meget let med hinanden, og individuelle elektron-qubits i halvledere er også skalerbare,' siger Nichol.
'Plidelig skabelse af langdistance-interaktioner mellem elektroner er afgørende for kvanteberegning.'
For at opnå det udnyttede holdet af fysikere og ingeniører nogle mærkelige småt i lovene, der styrer måden, hvorpå de fundamentale partikler, der udgør atomer og molekyler, holder deres plads.
Alle to elektroner, der deler samme kvantespintilstand kan ikke indtage det samme sted i rummet . Men der er lidt af et smuthul, der siger, at nærliggende elektroner kan bytte deres spins, næsten som om dine fødder kunne bytte sko, hvis du bringer dem tæt nok på.
Det forskere tidligere havde vist at denne udveksling kan manipuleres uden at skulle flytte elektronerne overhovedet, hvilket præsenterer en potentiel metode til teleportering.
Dette seneste fremskridt hjælper med at bringe processen tættere på den teknologiske virkelighed ved at overvinde forhindringer, der ville forbinde kvanteunderlighed med eksisterende computerteknologi.
'Vi leverer beviser for 'entanglement swapping', hvor vi skaber sammenfiltring mellem to elektroner, selvom partiklerne aldrig interagerer, og 'quantum gate teleportation', en potentielt nyttig teknik til kvanteberegning ved hjælp af teleportation,' siger Nichol .
'Vores arbejde viser, at dette kan gøres selv uden fotoner.'
Selvfølgelig er vi stadig et stykke vej fra at erstatte fotoner med elektroner til denne form for kvanteinformationsoverførsel. Forskerne er ikke gået så langt som at måle elektronernes tilstande selv, hvilket betyder, at der stadig kan være alle former for interferens, der skal stryges ud.
Men at have stærke beviser for muligheden for teleportation mellem elektroner er et opmuntrende tegn på de muligheder, der er åbne for fremtidige ingeniører.
Denne forskning blev offentliggjort i Naturkommunikation .