身体的

驯化'intrication quantique

在量子物理学中,两个系统的州可以是“复杂的”,也就是说以狭窄和特定的方式相关。物理学家学会掌握这种迷人财产,并希望用它来改善信息的加工和运输。

托马斯库德鲁德和Perola Milman 用于Science N°361
本文保留用于科学用户
从出生开始时 XX.e Century,量子力学继续迷恋。他的法律表现出来,特别是在非常小的鳞片中,蔑视我们的经典直觉,因在宏观世界中展开的存在而伪造。其中一个最奇怪的属性是物理学家称之为量子州的发行。

Albert Einstein和其他理论家早在20世纪30年代强调,纠缠在20世纪70年代末没有进入实验室,回答量子物理学提出的解释问题。从那时起,纠缠的概念在大量理论和运动研究中都成为中央。其中一个探索问题是系统对传统行为的量子行为的通过。我们将在此描述的另一个,涉及量子信息,也就是说在使用量子特性以更有效地处理信息(量子计算机)或更好地确保通信的安全性(量子加密)。

在我们专注于本研究及其结果之前,我们需要解释纠缠的纠纷。为此,让我们首先提出两个令人惊讶的量子物理特性:叠加的原则和措施不一致的概念。

对于每个人来说,一扇门打开,关闭。另一方面,在量子物理学中,门(或至少具有两个可能的基本状态的量子系统)可以处于“叠加”或同时结合两个位置,打开和关闭的状态。在测量这样的门的位置时,有一定的概率p发现它打开,并且某个概率(1 - p)以找到关闭。不确定性是不可约的,并且在门问题上的量子状态是:这些概率由门的状态(量子)确定,假设条件完全已知。它不是一种经典的不确定性,其中概率的外观将是由于对门的经典状态(打开或关闭)的错误知识。

至于不一致的措施,这些是不能同时进行任意准确性进行的措施。例如,不可能同时且完美地测量颗粒的位置和运动量。这也是一个特别的量子特征,没有传统的模拟:值得不能同时确定门的颜色和位置。

一个奇怪的远程影响力

纠缠是更令人惊讶的。它长期以来一直是爱因斯坦的热情讨论的核心,他的同事鲍里斯波迪尔斯基和内森·罗森,一方面以及支持量子理论的人,特别是尼尔斯Bohr然后大卫·蟒蛇,另一方面。它是由奥地利物理学家ErwinSchrödinger在20世纪30年代中期引入,以指定特定量子状态,这可能出现两个或多个量子物体(原子,电子等)相互作用。

复杂系统具有不能在其组件的各个属性方面无法理解的属性:对系统的一个组件执行的测量结果连接到另一个在另一个同时进行的测量结果的结果系统的一部分,无论分隔它们的距离如何。对于爱因斯坦来说,这代表了一个“遥控动作鬼魂”(Spukhaft Fernwirkung),当然,这并没有满足它。

测量结果之间的非本地关系如何翻译?通过相关性。相关性是熟悉的概念,并且不具体到量子物理学:因此,平衡饮食通常与身体健康有关。为了使传统相关性与量子相关性(缠绕)之间的差异,让我们扮演门的示例。

人们可以经典考虑一块最初有两个闭门的门,并且要离开,有必要打开一个或另一个。我们看到,门的位置之间存在完美的相关性:如果一个是关闭的,则另一个是打开的。在量子物理学中,我们可以创造更深入的相关性,与不相容的数量有关。

通过假设门的测量(打开或封闭)和门的颜色(白色或黑色)的测量不兼容来说明它。这意味着如果已知门的位置状态,其颜色状态不能 - 它是未确定的 - 反之亦然。门的复杂状态将具有例如状态的叠加[门打开;门B封闭]和状态[门关闭;打开门打开]。这种状态的特异性是,如果测量了门的颜色,则不能提前知道结果(颜色与位置不兼容),但它仍然是(反)与测量结果相关联第二扇门的颜色:如果一个门变成白色,另一个人将是黑色的。当一个人与其不相容的一个伟大的王子从一个伟大的传递出来时,这种守恒是错综复杂的状态的独特特征。

一些物理学家将这些惊人的相关性解释为存在隐藏参数存在的迹象,如果他们已知,则预测措施不相容的结果。根据这个想法,量子物理学将是一个不完整的理论,它应该由所谓的隐藏变量理论取代,尚未被发现。这是Einstein,Podolsky和Rosen在1935年的第1935篇文章中支持的观点,该文章与Bohr推出了争议。

辩论只是在理论上。但在20世纪60年代初,约翰贝尔,爱尔兰物理学家工作 c,证明,通过巧妙地测量复杂,可以在隐藏的可变理论和量子物理学之间决定。跟随许多实验来生产这些状态并测量相关的相关性。第一个决定性法官是1982年由Alain Apposity团队开展的决定性的法官,在orsay光学学院:结果与隐藏的可变理论不相容,明确地显示了量子力学有效。

该区域中最重要的实验工具之一由所谓的非线性晶体构成,其中光子入射可以转化为两种合格的双胞胎光子,因为它们具有很强的相关性。更具体地,它们的偏振状态(即,与光子相关的电场的方向)是复杂的状态,其具有导致根据孔所选择的方向测量的偏振之间的相关性的特性。

在两个双光子的系统中,偏振在门的示例中起作用的作用和颜色:垂直和水平偏振而不是打开和关闭位置,偏振根据+45和-45度的偏振白色和黑色。实际上,根据方向的偏振的测量与非正交方向上的偏振的测量不兼容(例如,如果垂直偏振光子拦截轴被定向为+ 45度的偏振器。结果不确定:光子的概率为50%以交叉偏振器,也就是说根据轴为+45度的轴线偏振,并且50%被阻挡,即表示偏振在-45度的轴上)。

当钻头变为量子

过去20年经历了快速的技术进步,而物理学家已经创造并控制了非常多样化的系统中的纠缠(见框架)。这种势头的原因之一是,自20世纪80年代中期以来,纠缠不再只是一个令人兴奋的研究对象,以更好地了解量子物理学。这也是计算机科学,信息理论和量子物理学的十字路口的许多发展的基础。该区域,量子信息的旨在利用量子物理学,特别是纠缠的特异性来改善信息的运输和处理。

量子信息理论的主要演员是量子位或量子位(量子位的收缩)。传统位,当前计算机正在处理两种可能的状态的信息的基本单元:其值为0或1.量子位,它们服从量子法,因此可以在两个州的叠加中。。这意味着代替取0或值1,可以在0和1的叠加中的量子位(在测量之前)(在测量之前)。这些是比“量子计算机科学家”停止操纵以处理信息的盗视,执行计算或安全通信。

到目前为止,传输的安全性是通过非常复杂的加密方法确保,但其可靠性并不完整:具有足够计算能力的恶意人物可以解密这种代码。使用量子位加密的兴趣是什么?当间谍InScapsps数据和“床”时,它对发送的比特进行测量。在QUBITS的情况下,测量对应于交互,并且留下不可磨灭的迹线:它不可避免地在用于测量间谍和QUBITS之间的设备之间产生缠结。这种纠缠始终可以通过沟通中的人员来检测,因此可以知道他们是否正在倾听。这是该公司1984年Charles Bennett提出的这个想法的改进版本 IBM. 在美国,吉尔斯·杜拉德,蒙特利尔大学,这是量子密码学的起点。该地区已经在申请阶段,自从美国的几家公司(如MagiQ)或在瑞士违法,提供或开发商业量子加密系统。

1996年由奥地利安东尼省ZEINEDER团队在1996年给出了Quouterum Communication兴趣的主要示范之一。这是量子传送,也就是说,通常是任意的距离在距离处的量子状态的传输。假设我们寻求将巴黎实验室的实验室的量子Q(其州未知)转移到距离大约二十公里的另一个实验室。该进程不会详细地实现三个QUBITS:Q,传递给传送器的量程,以及两个辅助QUBITS A1和A2纠缠。 Qubits Q和A1位于巴黎,而A2位于orsay中。在巴黎进行Q和A1的纠缠,然后我们测量这两位。巴黎在orsay中传达了这一措施的结果。根据此信息,ORSAIN执行QUBBit A2的转换,其状态成为Q.只有可能在开始时复杂两个辅助QUBITS。注意,发送的是量子状态(例如光子的偏振状态),而不是该状态的物理支持(光子本身)。这不是将物理对象从一个点发送到另一个空间的问题,如在一个科幻电影中。

为了处理信息并对经典计算机进行复杂或不切实际的操作,应检查几千个量子位。实际上,量子比特将使计算比传统位更有效,因为量子法允许的状态叠加提供天然并行性:用叠加状态0和1的量子位,这两个状态同时处理。

1994年,美国贝尔实验室彼得·萧表明,他能够操纵Qubits,以在其第一个因素中有效地分解整数。当前的经典算法需要许多操作,这些操作随着数字的大小进行指数增加。如果数字足够大,则可以在合理的时间内执行任务。此属性是广泛加密技术的基础,包括在互联网上交换的数据安全。但是由P. Shor设计的量子算法将在多项多变,而不是指数的计算时间中考虑一个数字。因此,计算将更快,并且会使常规加密方法不起作用。

装饰,主要障碍

因此,基于对量子位的操纵,可以理解信息处理的潜在兴趣,并且许多团队已经开始允许这种计算器或计算机量子的最佳物理系统。但克服了巨大的障碍:这种现象说了干式骚扰。这是系统的量子特性损失,在普通条件下极快的损失,由不可避免的耦合(并且必要,如果一个人希望计算并读取结果),则用其量子系统。环境(见第112页的框)。

正如我们从晶体管从1947年发明的那样,在1947年发明的电流跳蚤中,有必要从某些Quib的操纵转换为几百个这些元件的操作,同时保持它们的量子特性。但这种观点仍然非常遥远。 2005年,奥地利因斯布鲁克大学的Rainer Blatt团队设法创建了一套八个复杂的离子,但在目前的技术状态下,似乎无法大大增加这一点。数字。

纠缠驯化的障碍不仅是技术性的,它们也是概念性的。实际上,仍然没有复杂状态的完全理论描述。目前尚不清楚只在非常简单的系统中表征纠缠,例如两个Qubit系统。在这些情况下,可以使用方法来确定状态是否复杂,并且已知是量化此属性。在其他情况下,我们不知道如何在所有将军中进行,我们必须对“纠缠饼干”感到满意。这种证人是可观察的数量,这取决于所考虑的系统,其值构成部分标准:如果该值大于某个阈值,则状态是复杂的,但如果它较低,则状态可以复杂或不复杂。

各种用途

有很多工作要做,以完全理解纠缠的概念。同样,探索其可能的应用勉强开始。例如,一些理论研究表明,纠缠可以是对抗破灭的工具:一些疑似系统的一些错综复杂的状态可能比单个额度更抗干扰。该物业具有先验的矛盾,该物理学家尚未在实验中尚未证明,当Qubits强烈耦合时发生;它可以与磁铁的行为进行比较,这是它更强大的强大。

量子位交互也可用于模拟复杂的物理系统。这一想法最初由1985年美国物理学理查德FEYNMAN提出,于2000年由IMManuel Bloch和TheodorHänsch,慕尼黑和德国Garching的团队实施。这些研究人员在光网络中使用冷却和被捕获的原子(由光场形成)来控制在冷凝材料物理学中研究的系统系统,特别是特定的相变。

纠缠在超超人测量领域也有希望。原子钟基于当原子从一个能量达到另一个能量时发射或吸收的光子的频率的测量。然而,大卫陆队团队的经验,在美国的博尔德,于2003年显示,用于原子离子时钟,复杂的离子状态将提高这些装置的准确性。

最后,要响应特定应用并利用不同系统的好处,物理学家还寻求制作由两个量子成分的截止值非常不同的自然的复杂状态。因此,可以想象由超导装置(其优势是速度的量子位,所述量子位与由原子构成的量子钻头(已知用光精细控制)的量子位组成的量子位组成的量子位。

目前的思想和经验在哪里会领导?它被忽略了。但所有迹象表明,自从Alain方面的经历以来,在20世纪80年代初,纠缠已经从基本问题的时代到量子州工程。

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