Experimentálně pozorovaná interference dvou fotonů ze zcela nezávislých zdrojů  
V právě publikovaném článku ve Physical Review Letters se můžeme dočíst, že se rakouskému týmu fyziků podařilo pozorovat ineterferenci dvou nezávislých fotonů. Experiment je poslední a zároveň doposud nejlepší ukázkou jistého, výlučně kvantového, jevu znamého jako interference n-tého (v tomto případě čtvrtého) řádu. Co ve Vídni uvařili a jaké to má důsledky pro kvantovou komunikaci?

Fotony jako bosony mají jisté pozoruhodné vlastnosti a mezi jednu z nich patří, že pokud vezmene vyvážený (padesáti- procentně odrazivý resp. propustný) dělič svazku a na oba vstupy tohoto děliče necháme fotony dopadnout, vystoupí oba fotony vždy jedním z ramen. Podmínkou je, aby oba fotony byly v principu nerozlišitelné. Přesněji řečeno, aby nebylo možné v principu vystopovat, kterou cestou se foton k děliči dostal. V opačném případě procházejí fotony děličem svazku nezávisle a pokud umístíme detektory na výstupy z děliče, zadetekujeme signály se stejnou četností na obou z nich.

 

Z toho už je jasné, jak intereferenci čtvrtého řádu pozorovat: prodlužujeme např. délku dráhy jednoho z fotonů před děličem a zárověň detekujeme koincidence na obou detektorech za děličem. V okamžiku, kdy počet koincidencí klesne na nulu, víme, že oba fotony se chovají jako nerozlišitelné bosony a vycházejí jen jedním ramenem. To, co jsme zde popsali, je již léta experimentem ověřený fakt, poprvé pozorvaný Hong, Ou a Mandelem v roce 1987. Výše naznačený pokus není v zásadě problém provést, neboť máme-li jeden zdroj fotonů (např. nelineární krystal pro sestupnou parametrickou konverzi čerpaný laserovým svazkem), vyvedeme po jednom fotonu do každého ramene jdoucímu k děliči a za ním vesele koincidence měříme. Co se ale podařilo dokázat vídeňské skupině, je interference ze dvou naprosto nezávislých zdrojů fotonů otevírající tak cestu pozoruhodným kvantově informačním protokolům. Skupina použila dva prostorově oddělené zdroje korelovaných fotonových párů, který nesdílely žádný optický prvek, a nechali dopadnout po každém fotonu z páru na vyvážený dělič svazku. To co pozoravali, byl právě Hong-Ou-Mandelův zářez dokazující intereferenci čtvrtého řádu

 

interference

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 











Koncidenční záznam měření na výstupu z děliče. Šedé tečky jsou experimentální data proložený teoretickým výpočtem (červená křivka). Záznam je funkcí časového intervalu mezi čerpáním obou krystalů.


 

Pro ilustraci o jak velký problém se jedná, zdůrazněme, že v aktuálním experiementu byly obě nelineární média produkující páry fotonů čerpány různými laserovými svazky a klíčem k nerozlišitelnosti obou párů byla přesná elektronická synchronizace obou čerpacích laserů (ano to opravdu znamené fotony z nezávislých zdrojů).

 


Nemístná otázka je, k čemu by to mohlo být dobré. Kvantová teorie informace přišla s protokolem nazvaným předávání entanglementu (entanglement swapping), který je takovým zobecněním kvantové teleportace. Představme si dva maximálně entanglované páry fotonů. Pokud provedeme měření na dvou fotonech od každého z páru (přesněji projekci do Bellovy báze), zbylé dva fotony se proentanglují a tedy dvě původně nezávislé částice začnou být kvantově provázány. Symbolicky to vidíme na:


 

 

 

 

 

 

 

 

 











Dva původně nezávislé maximálně entaglované páry (AB a CD) jsou Bellovým měřením na  BC a následnou postselekcí na základě výsledku transformovány na jeden ze čtyř maximálně entanglovaných párů (AD). Navzájem se tak kvantově zkorelují dvě nezávislé částice. Psi a Phi (plus, minus) je označení pro maximálně entanglované páry fotonů.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 












A svižný výpočet ukáže totéž :

vypočet


 

 


Aniž bychom zacházeli do detailů, důležitým faktem je, že ke korektně provedému měření je třeba mít dopadající fotony principiálně nerozlišitelné.

 




Nyní konečně reálná aplikace, bez které mnozí nechápou, proč to všechno dělat. Kvantová teorie informace nabízí jisté alternativy k bezpečnému přenosu utajovaných dat a tou je kvantová kryptografie. Upřímně řečeno, jak také potvrdí odbornící na klasickou kryptografií, používané systémy pro kryptografické úkony bývají tak zprasené, že ani zdaleka nevyužívají možnosti, které pro informační bezpečnost nabízejí. Proč tedy přecházet na něco, co sice mnohem vyšší bezpečnost v některých ohledech nabízí, ale je lepší (levnější) průšvihy hasit než kupovat něco ultramoderního ale ne zrovna laciného. To jsme ovšem odbočili. Jedním z pozrouhodných kvantových algoritmů je kvantový opakovač (quantum repeater). Takové zařízení je nezbytné pro dálkovou komunikaci, neboť šum na kvantovém kanále (e.g. optické vlákno) roste exponenciálně se vzdáleností. Protože není možné jeden foton zesílit (rozuměj zkopírovat), je třeba přijít s jiným konceptem. Kvantový opakovač  pracuje na principu předávání entanglementu. Kvantový kanál je rozdělen na úseky se zdroji entanglovaných párů. Odesílatel nejprve vygeneruje fotonový pár a jeden foton pošle kanálem k příjemci. Aby se foton, volně řečeno, neunavil, předá „svůj entanglement“ čerstvému druhu na retranslačních stanicích pomocí entanglement swappingu. Tak to jde až k příjemci. Zde se dostáváme k aplikaci experimentu vídeňské skupiny. Retranslační stanice jsou nezávislé zdroje fotonů oddělené velkými vzdálenostmi a předávání entanglementu není až tak úplně experimentálně triviální.


Zdroj: DOI: 10.1103/PhysRevLett.96.240502

Datum: 26.06.2006 22:01
Tisk článku

Fyzika - Demo Pavel
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 323 Kč
cena: 303 Kč
Fyzika
Demo Pavel

Diskuze:

cecil má věrohodný pramen informací

CC,2006-09-07 18:22:30

Cecil to má nastudovaný odsud
http://www.hypothesis-of-universe.com/index.php?nav=m

Odpovědět

ccecile, nesir bludy a nesmysly!!

kamil,2006-06-29 00:31:35

neni zadny princip neomezene rychle komunikace, popsanym zpusobem informaci nepreneses to za a)
uz sem ti to jednou psal ale tedy znova; pokud oba meri (treba ty projekce spinu do stejne osy), tak sice maji perfektne korelovane vysledky, ale z mereni na jedne strane nelze zadnym zpusobem urcit, co bylo zmereno na strane druhe!!
za b) vytvorit entanglovane pary a udrzet je v tom stavu uz dnes neni problem, nebude to trvat dlouho a takova uloha bude ve fyzikalnich praktikach
za c) zrovna v tomhle pripade ty castice rozlisitelny jsou podle nejakeho stupne volnosti - tady prostorova slozka vlnove funkce

Odpovědět


MOžná by bylo dobré si přečíst, co jsem napsal a

Ccecil,2006-06-29 21:47:03

a nereagovat na to, co si myslíš, že jsem napsal.

Odpovědět


Jeden zajímavý link

Ccecil,2006-06-29 21:58:36

http://home.saske.sk/~slavo/eBooks/Zaujimavosti/12.pdf

Odpovědět


Ccecile, spíš ty asi ani nevíš, co píšeš.

Pavel,2006-06-30 07:23:23

Doplním citáty z tvého příspěvku.

Za a je reakce na tvá slova, cituji: "Je to fyzikální princip neomezeně rychlé komunikace."

Za b je reakce na tvá slova, cituji: "Vtip je v tom vytvořit tyto páry a udržet je v kýženém stavu."

Za c je reakce na tvá slova, cituji: "Prakticky se totiž jedná o jednu částici / tak docela zase ne, ale pro zjednodušení ano/ a ta ze mění jako celek okamžitě."

Takže buďto ty nechápeš, ani co jsi napsal, nebo to jsi právě ty, kdo není schopen pochopit význam psaného textu. Jo, ještě třetí možnost, že máš vlastní systém přiřazování významu psanému textu, který s tebou už nikdo další nesdílí, ale pak jak jistě uznáš sám, je jakákoliv diskuse s tebou marná.

Omlouvám se Kamilovi, že vstupuju do této diskuse, ale už mi to nedalo.

Odpovědět


Mám problémy s psaným textem

Ccecil,2006-06-30 19:49:22

písmenka mi uskakují, nechápu vztahy a hlavně, když něco napíšu, vždycky se najde někdo, kdo to pochopí zcela jinak.

Ale konec srandy. Pro jiné čtenáře, nezatížené jedinou správnou interpretací jsem chtěl upozornit na jednu teoretickou a v současné době již fyzikálně ověřovanou možnost rychlejší komunikace, než je rychlost světla. Když jsem o tom poprvé četl, také jsem si myslel, že se jedná o blbost. Ale pravděpodobně nejedná. Princip velmi zjednodušeně vychází z faktu, že některé částice vznikají v párech a jsou přitom kvantově nerozlišitelné. Dojde-li pak u jedné z nich ke změně, je tato změna pozorovatelná u druhé z páru naráz. Problém je s jejich udržením v tomto stavu /nerozlišitelnosti/. (pro někoho to asi problém není a zmákne to levou zadní od stolu v obyváku)
Také jsem tomu nechtěl moc věřit, ale byly u toho nějaké experimenty, které vše potvrzovaly. Nejsem autorem tohoto výzkumu a ani mne nezaujal natolik, abych si poznamenal odkaz. Proto může být má interpretace nepřesná. Hlavní myšlenku ale reprodukuji správně a pokud mi někdo chce dokazovat, že se mýlím, pak pláče na nesprávném hrobě. Kdo ale chce, určitě si pramen najde a nebude hloupě kafrat.

Odpovědět


no ccecile...

kamill,2006-07-01 11:41:25

tohle je muj posledni prispevek v teto diskuzi, protoze to s tebou asi nema cenu, pavel uz ti ukazal moje odpovedi na tvoje naporsto mylne a chybne zavery...
Kdyz uz jsem 'zatizeny jedinou interpretaci', tak aspon nedavej link na clanek, ktery takovou interpretaci podporuje. Z toho co pises, je polovina blabolu a bohuzel montujes nekolik veci dohromady, ktere moc nedavaji smysl ve stylu nekdo nekde delal experimenty ktere cosi potvrzuji. Napis prosim te o tom clanek, rad si to prectu. Zatim hloupe 'kafras' jen ty.

Odpovědět


jistě nemá to smysl

Ccecil,2006-07-02 08:26:23

Já o voze a ty o koze. A nemá cenu ti to vysvětlovat.

Odpovědět

vo co go?

Kurt,2006-06-27 12:35:41

Tak tohle je bohuzel clanek, ktery se zda nakousava velmi zajimave tema velmi nezajimavym zpusobem. Bohuzel musim rict, ze srozumitelnost clanku je proste mizerna, a to je skoda, protoze kvantovka je takova fyzikalni magie, neustale fascinujici, ovsem poda-li se snesitelnym zpusobem. Chtelo by to vic prikladu, min nevysvetlenych definic. Ne vsichni ctenari vedi kdo to byl Pauli a o co mu slo. Treba priste ...

Odpovědět


mas moznost

kamil,2006-06-27 16:52:48

Tohle byla kratka zprava o experimentu se zajimavymi dusledky a nelze se rozepisovat o kazdem detailu (zabralo by to 20 stranek). Ale mas moznost neco sepsat sam (treba do kabinetu), ctenari i osel to jiste oceni, btw o paulim tam neni jedina zminka

Odpovědět

.

CC,2006-06-27 00:06:08

I když se Ccecil asi unáhlil, i já bych bral nějakou rychlejší komunikaci(jasně že pro to teď zrovna nemám použití). Nevedlo by to ale k možnosti komunikovat mezi budoucností a minulostí(řekněme tou minulostí, co k tomu už má patřičné vybavení)?

Odpovědět


?

kamil,2006-06-27 00:20:38

vubec netusim, co mate na mysli

Odpovědět


kamil

CC,2006-06-27 09:03:42

já vlastně taky ne, včera jsem byl velice znaven

Odpovědět


klídek, pohodička

teu,2006-06-27 11:55:23

I kdyby tomu tak bylo, není nutné propadat panice. Změna budoucnosti změnou minulosti by proběhla v tak krátkém okamžiku, že bychom ji(změněnou) brali jako pravdivější (než tu nezměněnou).

Odpovědět


Nerozlišitelné částice.

Ccecil,2006-06-29 00:13:43

Máme-li pár nerozlišitelných částic a ty od sebe oddálíme na libovolnou vzdálenost, jejich změna, třeba spinu probýhá okamžitě u obou naráz. Je to fyzikální princip neomezeně rychlé komunikace. Vtip je v tom vytvořit tyto páry a udržet je v kýženém stavu.

Prakticky se totiž jedná o jednu částici / tak docela zase ne, ale pro zjednodušení ano/ a ta ze mění jako celek okamžitě. Někde jsem měl link na výzkumy tohoto druhu, ale omlouvám se, nemohu ho najít. Je to tak rok stará informace o prvních pokuysech v této oblasti. Důležitý byl předpoklad kvantové nerozlišitelnosti a souviselo to také s výzkumem suprapevného stavu. Omlouvám se, ale po dnešním dni a 17 hodinách v práci již nemám sil něco hledat. Možná později.....

Odpovědět

a ne a nepovede

kamil,2006-06-26 23:54:55

mozna to zni neuveritelne ale hlavne to neni pravda.
jak uz bylo mnohokrat receno, skutecne pri mereni na jednom z paru dojde k projekci do jednoho z clenu superpozice 'najednou' ale pro druheho pozorovatele je jeho stav stale ve statisticke smesi obou moznych vysledku. Tak tomu potrva, dokud mu prvni (merici) pozorovatel neposle (max. rychlosti svetla) informaci o vysledku.

Odpovědět

poznámka

Ccecil,2006-06-26 23:24:07

Je to velmi zajímavé. A možná to má ještě jeden nezdůrazněný efekt. Takovéto kvantové páry, ikdyž jsou jakkoliv daleko od sebe, mění svůj stav synchronně. Možná tudy povede cesta k přenosu informace rychleji, než je rychlost světla ikdyž to zní neuvěřitelně.

Odpovědět


Nikoli

Jirka,2006-06-27 00:48:58

Tohle je vlastne jen sireni faze. A faze se muze sirit jakou rychlosti chce, ta informaci neprenese.

Odpovědět


Né tak docela

Ccecil,2006-06-29 00:05:23

ostatně byl o tom nedávno docela hezký článeček. Dvě nerozlišitelné částice , ať jsou jakkoliv daleko od sebe, mění svůj stav identicky, bez časové prodlevy.

Chápu princip, ale matematický popis mi trochu uniká, takže to nechám na jiných....

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace