html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Измерения запутанных фотонов доказали существование небинарных корреляций


Xiao-Min Hu et al. / Phys. Rev. Lett.

Эксперименты с запутанными фотонами показали, что результаты измерений нескольких квантовых объектов оказываются связаны друг с другом сильнее, чем предсказывала квантовая теория — таким образом ученые подтвердили существование более сильных корреляций, чем бинарные несвязанные корреляции. Статья опубликована в Physical Review Letters, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

Квантовая механика настолько хорошо объясняет наблюдаемые явления и так подробно исследована на теоретическом уровне, что найти в ней какой-нибудь новый эффект кажется практически невозможным. Тем не менее, в глобальном плане квантовая теория должна быть только частью более общей «теории всего», которая свяжет гравитационные и квантовые явления, поэтому ученые продолжают изучать квантовую механику, надеясь, что более подробное понимание ее законов поможет им нащупать путь к «теории всего».

Одни из самых сложных для понимания моментов в квантовой механике связаны с измерениями — процессами, в ходе которых система взаимодействует с классическим прибором и «выбирает» одно из возможных квантовых состояний. Как и все процессы в квантовой механике, измерения описываются наборами операторов. Так, бинарное измерение (измерение с двумя возможными исходами) задается оператором Ê, который обязательно должен быть положительно полуопределен, то есть все его собственные значения должны быть неотрицательны. Аналогично, измерение с n возможными исходами задается n операторами и считается возможным только в том случае, если оно может быть сведено постобработкой к бинарному измерению с эффективным оператором Ê’. Следовательно, любое измерение в квантовой теории можно описать следующим процессом, состоящим из двух шагов: на первом шаге некоторые классические механизмы исключают n−2 возможных исходов, а на следующем шаге система выбирает одно из оставшихся состояний в ходе подлинно квантового бинарного процесса.

Сведе́ние измерения с тремя исходами к бинарному измерению (a) и более сложная схема измерений

Xiao-Min Hu et al. / Phys. Rev. Lett.

Тем не менее, сведе́ние к бинарному процессу не означает, что в системе не может быть сложных корреляций между исходами измерений, выполненных для различных ее частей. Чтобы показать это, предположим, что система состоит из двух частей — «Алисы» и «Боба», — каждая из которых случайно выбирает и проводит два различных типа измерений над одним и тем же квантовым состоянием. При этом потребуем, чтобы измерения в одной из частей никак не влияли на результаты измерений соседа и имели несколько возможных исходов, только два из которых нетривиальны. Другими словами, нетривиальность означает, что сумма вероятностей по всем исходам «Боба» отлична от нуля только для двух фиксированных исходов «Алисы», и наоборот — именно в этом проявляется скоррелированность измерений. Взаимосвязи между результатами измерений в такой системе называются бинарными несвязанными корреляциями (binary nonsignaling correlations). Из квантовой теории следует, что помимо бинарных несвязанных корреляций должны существовать и более сложные типы связей между результатами измерений в подобной системе, при которых нетривиально большее число исходов, однако показать это в эксперименте пока никому не удавалось.

В сентябре прошлого года трое физиков из Испании и Венгрии обнаружили простой способ, с помощью которого можно доказать существование более сильных корреляций, чем бинарные несвязанные. Для этого ученые предложили сконструировать из вероятностей исхода специальную величину Ia, максимальное возможное значение которой превышает единицу Iamax ≈ 1,089, но при условии существования только бинарных несвязных корреляций должно выполняться неравенство Ia ≤ 1. Таким образом, если бы измеренное в эксперименте значение Ia превысило единицу, существование сильных корреляций было бы доказано. В новой статье группа ученых под руководством Адана Кабелло (Adán Cabello) поставила такой эксперимент и получила значение Ia = 1,08 ± 0,02, то есть подтвердила теоретические предположения с величиной статистической значимости около 4,6σ (другими словами, вероятность ошибки менее 10−6).

Экспериментальная установка, которую использовали исследователи, выглядела следующим образом. В источнике создавались запутанные двухфотонные состояния, образующие фотонный кутрит — систему, которая может находиться в одном из трех возможных состояний (в данном случае состояния системы определялись поляризацией фотонов). Один из пары запутанных фотонов отправлялся к «Алисе», а другой к «Бобу» — установкам, которые находились в разных лабораториях на расстоянии более восьми метров и могли выполнять два типа измерений, каждое из которых имело три различных исхода. При каждом запуске ученые случайно выбирали, какого типа измерения будут выполнять установки, а затем сравнивали измеренные на них поляризации фотонов. Всего исследователи запускали установку 4500 раз, каждый сеанс сбора информации длился примерно полсекунды.

Схема экспериментальной установки

Xiao-Min Hu et al. / Phys. Rev. Lett.

Затем физики проверили с помощью собранных данных гипотезу о несвязанности измерений «Алисы» и «Боба», а также оценили значение Ia. Оказалось, что Ia = 1,066 ± 0,007, то есть превосходит единицу со статистической значимостью около 10σ — следовательно, корреляции между исходами измерений в системе были сильнее, чем бинарные несвязные корреляции. Правда, одновременно с этим оказалось, что условия несвязанности событий нарушены со статистической значимостью около 3,6σ — это указывает на флуктуации в сигнале лазера накачки, используемого для создания кутритов, и нарушает частоту эксперимента. Тем не менее, ученые смогли устранить эту проблему, сократив выборку, и заново пересчитали значение Ia. Погрешность от этого немного выросла (новое значение оказалось равно Ia = 1,08 ± 0,02), а статистическая значимость упала, однако итоговый результат остался прежним — в природе действительно существуют корреляции, более сильные, чем бинарные несвязанные корреляции.

В октябре прошлого года ученые из Германии, Австрии и США прояснили один из давних аспектов квантовой механики — в опубликованной в Physical Review Letters работе исследователи предложили схемы эксперимента, с помощью которых можно будет напрямую подтвердить изменение фазы волновой функции при перестановке двух бозонов или фермионов. До сих пор это изменение можно было отследить только косвенными способами. А в феврале 2016 года физики из университетов Инсбрука, Женевы и Базеля предложили эксперимент, в котором можно будет наблюдать квантовую запутанность невооруженным взглядом.

В декабре 2016 года российские физики показали, что на выстроенных в кольцо квантовых точках можно построить эффективный квантовый вычислитель, работающий по принципу квантовых блужданий. Внутри такого устройства можно реализовать многоуровневые кубиты, в том числе кутриты.

Дмитрий Трунин

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с nplus1.ru

1

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • nplus1.ru
          • физика
          • ученые
          • университет
          • эксперименты
          • домен nplus1.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции