(Juha Juvonen) Kvantesammenfiltringer sammenbindingen af to partikler eller objekter, selvom de kan være langt fra hinanden – deres respektive egenskaber er forbundet på en måde, som ikke er mulig under den klassiske fysiks regler.
Det er et mærkeligt fænomen, som Einstein beskrev som ' uhyggelig handling på afstand ', men dets underlighed er det, der gør det så fascinerende for videnskabsmænd. I ny forskning , kvante sammenfiltring er blevet direkte observeret og registreret i makroskopisk skala - en skala meget større end de subatomære partikler, der normalt forbindes med sammenfiltring.
De involverede dimensioner er stadig meget små set fra vores perspektiv – disse eksperimenter involverede to små aluminiumstromler en femtedel af bredden af et menneskehår – men inden for kvantefysikkens område er de helt enorme.
De makroskopiske mekaniske trommer. (J. Teufel/NIST)
'Hvis du analyserer positions- og momentumdata for de to trommer uafhængigt af hinanden, ser de hver især bare varme ud,' siger fysiker John Teufel , fra National Institute of Standards and Technology (NIST) i USA.
'Men ser vi på dem sammen, kan vi se, at det, der ligner tilfældig bevægelse af den ene tromle, er meget korreleret med den anden, på en måde, der kun er mulig gennem kvantesammenfiltring .'
Selvom der ikke er noget at sige til, at kvantesammenfiltring ikke kan ske med makroskopiske objekter, mente man før nu, at effekterne ikke var mærkbare i større skalaer – eller måske at den makroskopiske skala var styret af et andet sæt regler.
Denne nye forskning tyder på, at det ikke er tilfældet. Faktisk gælder de samme kvanteregler også her, og de kan faktisk også ses. Forskere vibrerede de små tromlemembraner ved hjælp af mikrobølgefotoner og holdt dem i en synkroniseret tilstand med hensyn til deres position og hastigheder.
For at forhindre ekstern interferens, et almindeligt problem med kvantetilstande, blev tromlerne afkølet, viklet ind og målt i separate trin, mens de var inde i et kryogenisk afkølet kabinet. Tromlernes tilstande kodes derefter i et reflekteret mikrobølgefelt, der fungerer på samme måde som radar.
Tidligere undersøgelserhar også rapporteret om makroskopisk kvantesammenfiltring, men den nye forskning går videre: Alle de nødvendige målinger blev registreret snarere end udledt, og sammenfiltringen blev genereret på en deterministisk, ikke-tilfældig måde.
I en relaterede men separate serier af eksperimenter , har forskere, der også arbejder med makroskopiske trommer (eller oscillatorer) i en tilstand af kvanteforviklinger, vist, hvordan det er muligt at måle positionen og momentum af de to trommeskinner på samme tid.
'I vores arbejde udviser trommeskinnerne en kollektiv kvantebevægelse,' siger fysiker Laure Mercier de Lepinay , fra Aalto Universitet i Finland. 'Tromlerne vibrerer i en modsat fase af hinanden, sådan at når en af dem er i en slutposition af vibrationscyklussen, er den anden i den modsatte position på samme tid.'
'I denne situation annulleres kvanteusikkerheden for tromlernes bevægelse, hvis de to tromler behandles som én kvantemekanisk enhed.'
Det, der gør denne overskriftsnyhed, er, at den kommer rundt Heisenbergs usikkerhedsprincip – ideen om, at position og momentum ikke kan måles perfekt på samme tid. Princippet siger, at registrering af hver måling vil interferere med den anden gennem en proces kaldet kvante tilbage handling .
Ud over at understøtte det andet studie med at demonstrere makroskopisk kvantesammenfiltring, bruger dette særlige stykke forskning denne sammenfiltring til at undgå kvantetilbagevirkning – i det væsentlige undersøger linjen mellem klassisk fysik (hvor usikkerhedsprincippet gælder) og kvantefysik (hvor det nu gør det) synes ikke).
En af de potentielle fremtidige anvendelser af begge sæt fund er i kvantenetværk - at være i stand til at manipulere og sammenfiltre objekter i en makroskopisk skala, så de kan drive næste generations kommunikationsnetværk.
'Bortset fra praktiske anvendelser adresserer disse eksperimenter, hvor langt ind i det makroskopiske område eksperimenter kan skubbe observationen af tydelige kvantefænomener,' skriver fysikerne Hoi-Kwan Lau og Aashish Clerk, som ikke var involveret i undersøgelserne, i en kommentar til den nye forskning .
Både først og sekund undersøgelse er blevet offentliggjort i Videnskab .