วิธีการกลั่นช่วยเพิ่มความยุ่งเหยิงของควอนตัมในโฟตอนคู่เดียว

การพัวพันของควอนตัมเป็นทรัพยากรที่มีค่า ช่วยให้สามารถสื่อสารป้องกันการสอดแนมและช่วยให้อัลกอริทึมควอนตัมทำงานได้เร็วกว่าแบบดั้งเดิม แต่ก็เช่นเดียวกับปรากฏการณ์ควอนตัมอื่น ๆ สิ่งกีดขวางนั้นละเอียดอ่อนและไวต่อเสียงรบกวนจากสิ่งแวดล้อมมากเช่นกัน เนื่องจากโปรโตคอลการสื่อสารควอนตัมจำนวนมากต้องการความยุ่งเหยิงในระดับสูงเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง การรักษาสิ่งกีดขวางนั้น

จึงมีความสำคัญ

มีวิธีแก้ปัญหา แต่มาในราคาที่หนัก ด้วยการเสียสละวัตถุควอนตัมที่พันกันไม่ดีนัก นักฟิสิกส์สามารถสร้างคู่ที่พันกันยุ่งเหยิงได้ดีกว่าจากวัตถุที่เหลืออยู่ คล้ายกับการลดน้ำซุปที่อ่อนลงในน้ำซุปโดยการต้มน้ำส่วนเกิน วิธีการเพิ่มความพัวพันในวัตถุควอนตัมนี้เรียกว่าการกลั่นสิ่งกีดขวาง และได้รับการอธิบาย

ทางทฤษฎีเป็นครั้งแรกในปลายทศวรรษที่ 1990 ตั้งแต่นั้นมา มันถูกแสดงให้เห็นในระบบควอนตัมทุกประเภท ตั้งแต่วงจรตัวนำยิ่งยวดไปจนถึงโฟตอน อย่างไรก็ตาม ตอนนี้ นักวิจัยที่เวียนนา ได้สาธิตการกลั่นสิ่งกีดขวางโดยใช้โฟตอนเพียงคู่เดียว. ด้วยการใช้คุณสมบัติควอนตัมต่างๆ ที่ฝังอยู่ในคู่โฟตอนนี้ 

นักวิจัยเหล่านี้สามารถสร้างและกระจายสิ่งกีดขวางได้รวดเร็วขึ้น ง่ายขึ้น และมีการป้องกันที่ดีกว่าที่เคยเป็นมา ของคุณสิ่งกีดขวางทำให้วัตถุควอนตัมคู่หนึ่งสามารถสื่อสารกันได้ โดยไม่คำนึงว่าวัตถุเหล่านั้นจะแยกจากกันอย่างไรในอวกาศ คุณสมบัตินี้ทำให้โฟตอนที่พันกันยุ่งเหยิงมีประโยชน์อย่างมาก 

เนื่องจากสามารถช่วยให้ทั้งสองฝ่ายสามารถกระซิบความลับของกันและกัน โดยรู้ว่าไม่มีใครสามารถดักฟังได้โดยไม่รบกวนระบบควอนตัมที่ละเอียดอ่อนของพวกเขา อย่างไรก็ตาม สิ่งกีดขวางสามารถลดลงตามสภาพแวดล้อมเมื่อเวลาผ่านไป ทำให้โฟตอนที่ถูกพันกันนั้น “ได้ยิน” ซึ่งกันและกันได้ยากขึ้น

และยากขึ้นการกลั่นสิ่งกีดขวางจะย้อนกลับเสียงนี้ ฟื้นฟูสิ่งกีดขวางและทำให้โฟตอนคู่นั้นมีชีวิตใหม่ผ่านโปรโตคอลที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินการทางควอนตัมลอจิกที่เรียกว่าประตูที่ควบคุมไม่ได้ (CNOT) ตามเนื้อผ้า โปรโตคอลนี้ค่อนข้างสิ้นเปลือง: แต่ละขั้นตอนการกลั่นต้องเสียสละโฟตอนดีๆ สักคู่ 

และที่แย่กว่านั้น

คือไม่มีวิธีพิสูจน์ความล้มเหลวที่จะรับประกันว่าการดำเนินการจะประสบความสำเร็จ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยของ IQOQI พบวิธีที่ดีกว่า นักศึกษาระดับปริญญาเอกของ IQOQI และผู้เขียนรายงานฉบับแรกที่ตีพิมพ์กล่าวว่า “คุณสามารถดำเนินการควบคุมไม่ได้เกทเหล่านี้ได้ ไม่ใช่แค่ระหว่างโฟตอนสองตัว 

แต่ระหว่างสองคุณสมบัติของโฟตอนเดียวกัน ” ยกระดับความเป็นอิสระโฟตอนมีคุณสมบัติทางควอนตัมที่ไม่เหมือนใครมากมาย เช่น สถานะโพลาไรเซชัน ระดับพลังงาน และโหมดเชิงพื้นที่ นักฟิสิกส์เรียกรวมกันว่าคุณสมบัติเหล่านี้ว่า “องศาอิสระ” และคุณสมบัติเหล่านี้ทั้งหมดถูกใช้โดยอิสระเพื่อแสดงให้เห็นถึง

ความพัวพัน อย่างไรก็ตาม การศึกษา IQOQI เป็นการทดลองครั้งแรกที่แสดงให้เห็นถึงการกลั่นแบบพัวพันด้วยระดับความอิสระที่แตกต่างกัน ในการทดลอง นักวิจัยสร้างคู่โฟตอนที่พันกันโดยใช้คริสตัลแบบไม่เชิงเส้น จากนั้นส่งแต่ละโฟตอนที่อยู่ในคู่นั้นไปยังตารางแสงที่แตกต่างกัน แต่ละตาราง

มีเขาวงกตของอุปกรณ์ออปติกที่ดำเนินการขั้นตอนการกลั่นสิ่งกีดขวางและตีความผลลัพธ์ ที่แกนกลางของเขาวงกตนี้มีอุปกรณ์ออปติคอลที่ดูไม่ธรรมดาที่เรียกว่าตัวแยกลำแสงโพลาไรซ์ ลูกบาศก์แก้วขนาดเล็กนี้จะเปลี่ยนสถานะของโฟตอน โดยเปลี่ยนสถานะควอนตัมของโพลาไรเซชันของโฟตอน

ก็ต่อเมื่อ

ตรงตามเงื่อนไขบางประการกับโดเมนพลังงาน-เวลาของโฟตอน การดำเนินการนั้นอธิบายถึงลอจิกเกต ซึ่งเป็นหนึ่งในหน่วยการสร้างเชิงตรรกะพื้นฐานของการคำนวณควอนตัม หลังจากกระบวนการกลั่นนี้เสร็จสิ้น นักวิจัยจะวัดคุณสมบัติของคู่โฟตอนและพิจารณาว่าสิ่งกีดขวางนั้นได้รับการกู้คืนมากน้อยเพียงใด

นักวิจัยยังได้ตรวจสอบด้วยว่ากระบวนการกลั่นของพวกเขามีประสิทธิภาพโดยการใส่เสียงรบกวนเข้าไปในสิ่งแวดล้อมโดยเจตนา เนื่องจากเสียงดังกล่าวได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวัง พวกเขาจึงสามารถวัดว่าขั้นตอนใหม่ทำงานได้ดีเพียงใดในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าวิธีการกลั่น

สิ่งกีดขวางนั้นเร็วกว่าวิธีสองคู่แบบดั้งเดิมถึง 100 ล้านเท่า กล่าวว่า “จากประสบการณ์ของเรา ระดับความอิสระเหล่านี้แข็งแกร่งพอที่จะฟื้นฟูความยุ่งเหยิงหลังจากผ่านใยแก้วนำแสงที่ยาวหรือการเชื่อมโยงพื้นที่ว่าง” โลกที่ยุ่งเหยิงอย่างสมบูรณ์แบบ เนื่องจากโพลาไรเซชันและพลังงาน-เวลามักถูกใช้

ในด้านอื่นๆ ของการสื่อสารควอนตัม นักวิจัยจึงมั่นใจว่าแผนของพวกเขาจะพบการใช้งานอื่นๆ อีกมากมายในไม่ช้า หลังจากพิจารณาว่าวิธีการนี้อาจปรับปรุงคีย์ควอนตัมที่แยกออกมาก่อนหน้านี้ได้อย่างไร การมองเห็นของคีย์เหล่านี้ถูกตั้งค่าให้สูงขึ้นไปอีก “จะดีไหมถ้าคุณสามารถใช้การพัวพัน

ที่มีมิติสูงเพื่อทำให้การพัวพัน qubit ของคุณไม่มีเสียง มันจะเจ๋งมาก” และทางอ้อมโดยใช้ยานแคสสินีเพื่อวัดคลื่นวิทยุที่เกิดจากอนุภาคมีประจุซึ่งนำทางโดยสนามแม่เหล็กของดาวเสาร์ ยานแคสสินีกำลังวัดการกระจายของวัตถุภายในดาวเสาร์ด้วย จากที่ไกลออกไป มวลของดาวเสาร์และแม้แต่ดวงจันทร์

และวงแหวนของมันสามารถรวมกันเป็นก้อนและประมาณด้วยจุดเดียว แต่เนื่องจากดาวเสาร์มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำและหมุนเร็วมาก (วันหนึ่งประมาณ 10.5 ชั่วโมง) ดาวเสาร์จึงแบนราบมาก และการกระจายตัวของวัตถุภายในมันไม่สม่ำเสมอ และยิ่งเข้าใกล้ดาวเสาร์มากเท่าไหร่ ความแตกต่างเหล่านี้

จากดาวเคราะห์ที่มีสมมาตรทรงกลมก็ยิ่งเข้ามามีบทบาทมากเท่านั้น ในการวัดสนามโน้มถ่วงของดาวเสาร์ เราใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่ายานแคสสินีกำลังตกลงไปรอบๆ ดาวเคราะห์ และในช่วง 6 วงจาก 22 วงโคจรใกล้ ซึ่งเรียกว่า “แรงโน้มถ่วงผ่าน” ไม่มีการซ้อมรบใดๆ เลย ความเร็วของยานอวกาศถูกกำหนดโดยแรงโน้มถ่วงของดาวเสาร์ ดวงจันทร์และวงแหวนของมัน และในระยะใกล้ๆ

Credit : เว็บสล็อตแท้ / สล็อตเว็บตรงไม่ผ่านเอเย่นต์