Dezember 4, 2022

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Quantenverschränkung wurde jetzt direkt auf makroskopischer Ebene beobachtet: ScienceAlert

Quantenverschränkung wurde jetzt direkt auf makroskopischer Ebene beobachtet: ScienceAlert

Quantenverschränkung ist das Zusammenfügen von zwei Teilchen oder Objekten, auch wenn sie weit voneinander entfernt sind – die Eigenschaften der beiden sind auf eine Weise miteinander verbunden, die nach den Regeln der klassischen Physik nicht möglich ist.

Es ist ein seltsames Phänomen, das Einstein als „Fernarbeit beängstigend“, aber es ist seine Exzentrizität, die es für Wissenschaftler so faszinierend macht Studium 2021Quantum Gewirr Sie werden direkt im makroskopischen Maßstab beobachtet und aufgezeichnet – einem Maßstab, der viel größer ist als die subatomaren Teilchen, die normalerweise mit Verschränkung in Verbindung gebracht werden.

Aus unserer Sicht sind die Abmessungen noch recht klein – die Experimente umfassten zwei Aluminiumfässer, die so klein wie ein Fünftel der Breite eines menschlichen Haares waren –, aber in der Welt der Quantenphysik sind sie ziemlich massiv.

Makroskopische mechanische Zylinder. (GT Theophile/Nest)

„Wenn Sie die Positions- und Impulsdaten der beiden Trommeln unabhängig voneinander analysieren, sehen sie beide heiß aus“, Der Physiker Jean Théophile sagte:vom National Institute of Standards and Technology (NIST) in den USA, letztes Jahr.

„Aber wenn wir sie zusammen betrachten, können wir sehen, dass das, was wie die zufällige Bewegung einer Trommel aussieht, eng mit der anderen verbunden ist, auf eine Weise, die nur durch erreicht werden kann Quantenverschränkung. „

Während es nicht abzusehen ist, dass Quantenverschränkung bei makroskopischen Objekten nicht auftreten kann, dachte man vorher, dass die Effekte in größeren Maßstäben nicht wahrnehmbar wären – oder dass die makroskopische Skala vielleicht anderen Regeln unterliegt.

Neuere Forschungen zeigen, dass dies nicht der Fall ist. Tatsächlich gelten auch hier die gleichen quantitativen Regeln, und sie können auch gesehen werden. Die Membranen des kleinen Zylinders brachten die Forscher mit Mikrowellen-Photonen in Schwingung und hielten sie in Position und Geschwindigkeit synchron.

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Um externe Störungen zu vermeiden, ein häufiges Problem bei Quantenfällen, wurden die Fässer gekühlt, verriegelt und in getrennten Phasen gemessen, während sie sich in einem Kühlcontainer befanden. Die Zustände der Fässer werden dann in ein Reflex-Mikrowellenfeld kodiert, das ähnlich wie Radar funktioniert.

Frühere Studien haben auch über makroskopische Quantenverschränkung berichtet, aber das Papier von 2021 geht noch weiter: Alle notwendigen Messungen wurden aufgezeichnet und nicht abgeleitet, und die Verschränkung wurde auf deterministische, nicht zufällige Weise erzeugt.

in Eine Reihe verbundener, aber getrennter Erfahrungenhaben Forscher, die im Fall der Quantenverschränkung auch mit makroskopischen Trommeln (oder Oszillatoren) arbeiten, gezeigt, wie Position und Impuls zweier Trommeln gleichzeitig gemessen werden können.

„In unserer Arbeit zeigen Trommelfelle kollektive Quantenbewegung“, Die Physikerin Laure Mercier de Lipinay sagte:von der Aalto-Universität in Finnland. „Die Fässer schwingen in einer zueinander entgegengesetzten Phase, so dass, wenn sich einer in der Endposition des Vibrationszyklus befindet, der andere gleichzeitig in der entgegengesetzten Position ist.“

„In diesem Fall wird die Quantenunsicherheit der Bewegung der Trommeln aufgehoben, wenn die beiden Trommeln als eine einzige quantenmechanische Einheit behandelt werden.“

Was diese wichtige Neuigkeit ausmacht, ist, dass er herumläuft Heisenbergs Unschärferelation Die Idee, dass Ort und Impuls nicht gleichzeitig perfekt gemessen werden können. Das Prinzip besagt, dass die Aufzeichnung einer Messung die andere durch einen so genannten Prozess stört Quanten-Back-Action.

Zusätzlich zur Unterstützung der anderen Studie beim Nachweis der makroskopischen Quantenverschränkung nutzt diese spezielle Forschung diese Verschränkung, um Quantenhintergrundwirkung zu vermeiden – im Wesentlichen untersucht sie die Grenze zwischen klassischer Physik (wo das Unschärfeprinzip gilt) und Quantenphysik (wo es jetzt nicht scheint). sein).

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Eine potenzielle zukünftige Anwendung der beiden Ergebnisgruppen sind Quantennetzwerke – die Fähigkeit, Objekte im mikroskopischen Maßstab zu manipulieren und zu verschränken, damit sie Kommunikationsnetzwerke der nächsten Generation mit Strom versorgen können.

Die Physiker Hoi-Kwan Lau und Aashish Clerk, die nicht an den Studien beteiligt waren, schrieben Kommentar zu den damals veröffentlichten Forschungsergebnissen.

nein Erste und die zweitens Die Studie wurde veröffentlicht in Wissenschaften.

Eine Version dieses Artikels wurde erstmals im Mai 2021 veröffentlicht.