Neoweb.nl

Quantum teleporatie tussen licht en materie

0 Members and 1 Guest are viewing this topic.

Offline Florian

  • ****
  • 327
  • +32/-0
  • Gender: Male
  • Alles heeft een tegengestelde
Quantum teleporatie tussen licht en materie
« on: October 05, 2006, 06:50:03 PM »
Eerste quantumteleportatie tussen licht en materie

Het concept quantum teleportatie - de volledige overdracht van de staat van een quantumsysteem aan een andere plaats - werd eerst experimenteel gerealiseerd tussen twee verschillende lichtstralen. Later werd het ook mogelijk om de eigenschappen van een opgeslagen ion naar een ander voorwerp van de zelfde soort over te brengen. Een team van wetenschapper die door Prof. Ignace Cirac bij MPQ en door Prof. Eugene Polzik in Niels Bohr Institute in Kopenhagen wordt geleid heeft nu dat de quantumstaten van een lichte impuls ook naar een macroscopisch voorwerp, een ensemble van 10 aan de macht van 12 atomen (Aard, 4 Oktober 2006) kunnen worden overgebracht aangetoond.

Dit is het eerste geval van succesvolle teleportatie tussen voorwerpen van een verschillende aard - de die een „vliegend“ middel (licht) vertegenwoordigen, andere een „stationair“ middel (atomen). Het hier voorgestelde resultaat is van belang niet alleen voor fundamenteel onderzoek, maar ook hoofdzakelijk voor praktische toepassing in het realiseren van quantum computers of het overbrengen van gecodeerde gegevens (quantumcryptografie).

Sinds het begin van de jaren '90 heeft het onderzoek naar quantumteleportatie met theoretische en experimentele fysici een hoge vlucht genomen. De transmissie van quantuminformatie impliceert een fundamenteel probleem: Volgens de onzekerheidsprincipe twee van Heisenberg kunnen de bijkomende eigenschappen van een quantumdeeltje, b.v. plaats en impuls precies niet gelijktijdig worden gemeten. De volledige informatie van het systeem moet zo zonder volledig gemeten te worden doorgegeven. Maar de aard van de deeltjes draagt ook de oplossing van dit probleem: de mogelijkheid om twee deeltjes „te verwarren“ zodanig dat hun eigenschappen volkomen gecorreleerd worden. Als een bepaald bezit in één van de „tweeling“ deeltjes wordt gemeten, bepaalt dit het overeenkomstige bezit automatisch van andere en met direct effect.

  Met behulp van verwarde deeltjes, kan succesvolle teleportatie ruwweg als volgt worden bereikt: Een hulppaar verwarde deeltjes wordt gecreëerd, het een „Alice“ en de andere  „Loodje“ die worden overgebracht. (De namen „Alice“ en het „Loodje zijn“ goedgekeurd om de transmissie te beschrijven van quantuminformatie van A aan B.) Alice verwart nu het voorwerp van teleportatie met haar hulpdeeltje en meet dan de gezamenlijke staat (de meting van de Klok). Zij verzendt het resultaat naar Loodje op de klassieke manier. Hij past het op zijn hulpdeeltje toe en „roept“ het teleportatie voorwerp op.
„Zijn dergelijke „instructies voor gebruik“ slechts geestelijke spelen? De grote uitdaging aan theoretische fysici is concepten te bedenken die ook in praktijk kunnen worden gebracht. Het hier beschreven experiment is door een onderzoeksteam geleid dat door Prof. Eugene Polzik in Niels Bohr Institute in Kopenhagen wordt geleid. Het volgt een voorstel gedaan door Prof. Ignace Cirac, Leidende Directeur bij MPQ, en zijn medewerker Dr. Klemens Hammerer (ook bij MPQ op dat ogenblik, nu bij Universiteit van Innsbruck, Oostenrijk).

Eerst wordt het tweelingpaar door een sterke lichte impuls naar een glasbuis verzonden die met caesium gas (ongeveer 1012 atomen) wordt gevuld. De magnetische ogenblikken van de gasatomen worden gericht op een homogeen magnetisch gebied. Het licht heeft ook een preferentiële richting: Het is gepolariseerd, d.w.z. oscilleert het elektrische veld in enkel één richting. In die omstandigheden worden het licht en de atomen gemaakt om elkaar in wisselwerking te staan zodat de lichte impuls die uit het gas te voorschijn komt dan wordt verzonden naar Alice met het ensemble van 10 aan de macht van 12 caesiumatomen die bij de plaats van het Loodje worden gevestigd „verward“ is.

Alice mengt de het aankomen impuls door middel van een straalsplitser met het voorwerp dat zij aan teleport wil: een zwakke lichte impuls die zeer weinig fotonen bevat. De lichte impulsen die bij de twee output van de straalsplitser uitgeven worden gemeten met fotodetectoren en de resultaten worden verzonden naar Loodje.

De gemeten resultaten vertellen Loodje wat aan volledige teleportatie moet worden gedaan en de geselecteerde quantumstaten van de lichte impuls, de omvang en de fase, op het atoomensemble overbrengen. Met deze bedoeling past hij een magnetisch gebied toe met lage frequentie dat de collectieve rotatie (impulsmoment) van het systeem doet oscilleren. Dit proces kan met precession van een spinnende bovenkant over zijn belangrijke as worden vergeleken: de afbuiging van de spinnende bovenkant beantwoordt aan de omvang van het licht, terwijl de nul passage aan de fase beantwoordt.

Om te bewijzen dat quantumteleportatie met succes is uitgevoerd, wordt een tweede intense impuls van gepolariseerd licht verzonden naar het atoomensemble na 0.1 milliseconden en, zo te zeggen, „leest“ zijn staat voor. Van deze gemeten waarden kunnen de theoretische fysici de zogenaamde trouw berekenen, gaat een kwaliteit-factor die goed specificeert wat de teleport staat van een voorwerp is met een origineel akkoord. (De trouw van A van 1 is gelijkwaardig aan een perfecte overeenkomst, terwijl waarde nul erop wijst dat er geen overdracht bij allen is geweest. In het huidige experiment is de trouw 0.6, dit is goed boven de waarde van 0.5 die in het gunstigste geval door klassieke middelen, b.v. door gemeten waarden mee te delen telefonisch, zonder de hulp van verwarde deeltjes-paren zou bereikt worden.

In tegenstelling tot de gebruikelijke conceptie van „het richten“, is het geen kwestie van een deeltje dat van één plaats verdwijnt en in een andere weer verschijnt. „Quantumteleportatie vormt methodes van mededeling voor toepassing in quantumcryptografie, het decoderen van gegevens, en niet nieuwe soorten vervoer“, zoals Dr. Klemens Hammerer benadrukt. Het „belang van het experiment is dat het nu voor het eerst mogelijk is om teleportatie tussen stationaire atomen te bereiken, die quantumstaten kunnen opslaan, en licht, dat nodig is om informatie over grote afstanden door te geven.

Citaat: Jacob F. Sherson, Hanna Krauter, Rasmus K. Olsson, Brian Julsgaard, Klemens Hammerer, Ignace Cirac en Eugene S. Polzik Quantum teleportation tussen licht en Aard 443, 557-560 van de kwestie (5 Oktober 2006).

www.physorg.com

Kan iemand mij dit een beetje beter uitleggen want ik vind het artikel nogal ingewikkeld  ^-^