Einsteinovo strašidelné působení ve kvantových sítích  
Vědci Australské národní univerzity a dalších institucí dokázali kvantově provázat nikoliv dva, ale hned tři optické systémy. Na obzoru je vývoj úžasně zabezpečené komunikace ve kvantových sítích.

 

Zvětšit obrázek
Kvantové provázání. Kredit: Swinburne University of Technology.

Čtenáři OSLA jsou jistě důvěrně seznámeni s EPR (Einstein-Podolský-Rosen) paradoxem, který se ve kvantové mechanice projevuje jako kvantové provázání, čili entanglement. Je to jako kouzlo. Když jsou nějaké systémy kvantově provázány, tak se změna jednoho systému podle všeho okamžitě projeví na druhém systému, bez ohledu na jejich vzdálenost. Takovému působení se říká nelokální. Einstein kvůli němu špatně spal a říkával mu „strašidelné působení na dálku“.


 

Zvětšit obrázek
Seiji Armstrong. Kredit: ANU.

Dneska už se kvantového provázání tolik nebojíme. Vědci si s EPR paradoxem hrají a snaží se mu přijít na kloub. Takové experimenty přitom tradičně zahrnují dva kvantově provázané systémy. Podle všeho to ale nestačí. Nedávná studie publikovaná časopisem Nature Physics potvrzuje teoretické předpoklady, že Einsteinovo strašidelné působení na dálku je možné vyvolat i v soustavě tří a nejspíš i více systémů.


 

Zvětšit obrázek
Ping Koy Lam. Kredit: ANU.

Zajímavý výzkum vedl Seiji Armstrong, doktorand katedry kvantových věd Australské národní univerzity v Canbeře. Jeho tým dokázal v optické soustavě kvantově provázat tři odlišné optické systémy. Podle jeho kolegyně Margaret Reidové ze Swinburneho techniky v Melbourne jde o významný krok ve výzkumu kvantové mechaniky na mezoskopické úrovni, která zahrnuje objekty od velikosti atomů a molekul do velikostí v řádu mikrometrů.


 

Zvětšit obrázek
Qiongyi He. Kredit: Peking University.

Ping Koy Lam z Australské národní univerzity zase prohlásil, že výstupy jejich experimentu by mohly být velmi užitečné pro vývoj ultrazabezpečené komunikace prostřednictvím kvantových sítí. Náš svět je politicky pořádně rozehřátý a momentálně je poptávka po zabezpečené komunikaci větší, než dlouho předtím.


Qiongyi He z Pekingské univerzity zase vítá možnost aplikace jejich výsledků ve vývoji technologií pro kryptografii nezávislou na používaných zařízeních (device-independent cryptography). S takovými technologiemi lze čelit hackerům, co se dovedou nabourat do používaného hardware, jako jsou počítače, chytré telefony nebo tablety. Kvantové provázání Armstrongova týmu mělo prý jen minimální nároky na vybavení optické soustavy.

 

 

Video:  Ping Koy Lam - Using continuous variable systems for quantum communications. Kredit: QCrypt 2014.


Video:  Quantum Entanglement Documentary - Atomic Physics and Reality. Kredit: Muon Ray.


Literatura

Swinburne University of Technology News 15. 1. 2015, Nature Physics online 5. 1. 2015, Wikipedia (Quantum entanglement).

Datum: 24.01.2015 13:23
Tisk článku

Sbírka problémů z kvantové teorie - Klíma Jan, Šimurda Miroslav
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 260 Kč
cena: 244 Kč
Sbírka problémů z kvantové teorie
Klíma Jan, Šimurda Miroslav
Související články:

Japonští vědci měřili gravitaci na extrémně malých vzdálenostech     Autor: Stanislav Mihulka (27.03.2018)
Kvantové rádio umožní komunikaci a navigaci pod zemí a pod vodou     Autor: Stanislav Mihulka (06.01.2018)
Švýcarští kvantoví mágové entanglovali 16 milionů atomů     Autor: Stanislav Mihulka (20.10.2017)
Kvantové pokroky: Čína uskutečnila první kvantovou videokonferenci     Autor: Stanislav Mihulka (02.10.2017)
V Caltechu postavili čip s optickou kvantovou pamětí, který pracuje se světlem     Autor: Stanislav Mihulka (12.09.2017)



Diskuze:

Provázanost

Fujimi Navaja,2017-04-07 10:21:36

Kavntové provázání částic je vlastně vysvětlením fungování reality jako takové. Dokud nezačneme pozorovat/měřit je vlastně úplně jedno co se kde děje (děje se totiž všude a všechno). Jelikož s každou proměnnou "narůstá počet / ...se tvoří" další paralerní reality. Otázka za 100 bodů (které Vám sám rozdělím) = co je ?
Zkusím poradit(je to však jen můj osobní názor, zatím se nad tím nikdo nepozastavil): tato věc je rychlejší než světlo a tudíž může vysvětlovat i provázanost částic.

Odpovědět

Fujimi Navaja,2017-04-07 10:16:21

Kavntové provázání částic je vlastně vysvětlením fungování reality jako takové. Dokud nezačneme pozorovat/měřit je vlastně úplně jedno co se kde děje (děje se totiž všude a všechno). Jelikož s každou proměnnou "narůstá počet / se tvoří* další paralerní reality. Otázka za 100 bodů (které Vám sám rozdělím) = co je základní proměnná?

Odpovědět

Pan Mitaka Erham sdílím podobný názor jen bych tu

Karel Rabl,2015-01-28 14:50:36

"částici" proměnil v energii.Z čeho ta energie pochází zatím nevím.

Odpovědět

No je zlé

Petr Nejedlý,2015-01-26 09:13:37

Jak tím chtějí stavět zabezpečenější kvantové sítě, když se teď dá provozovat "kvantové odposlouchávání"?

Aby bylo jasno (ehm, neboli jak tomu rozumím Já První Hloupý), u kvantové komunikace nepřenáší informaci ono okamžité a strašidelné působení na dálku. To jen umožní správně pochopit informaci vyslanou hezky pomaličku (rychlostí světla) jiným kanálem.

Řekněme, že naším kvantovým stavem bude polarizace páru provázaných fotonů. Kvantové je na něm to, že nevím jestli je tak či onak, dokud to nezměřím - ten můj "kvantový" foton se prý rozhodne až ve chvíli měření a pak už je vždy stejný. Provázané je na něm to, že se ty fotony rozhodou současně a stejně, jakmile změřím jeden z nich. Bezpečné je na tom to, že bych poznal, kdyby mi je někdo měřil po cestě. "Pomalé" je na tom to, že musím druhé straně říct, kolik mi to vyšlo (což druhá strana ví, protože naměřila to samé, takže já do toho můžu konečně přimíchat tu informaci a nikdo jiný než druhá strana ji z toho nevyláme - neví kolik to mělo vyjít).

No a průšvih případného fotonového trojúhelníku spočívá v tom, že když ten drahocený zdroj provázaných fotonů bude místo párů dělat ještě třetí kousek do foroty a někomu ho potají distribuovat, ona šedá eminence se také dozví, kolik nám to vyšlo, a bude tím pádem moci stejně korelovat ten vedlejší kanál.

Nadějí by snad bylo jen to, kdyby se dalo rozpoznat, že měří ještě někdo třetí.

Odpovědět

GHZ stav

Martin Kovář,2015-01-25 19:34:02

No já nevím. Ale mám dojem, že provázání tří částic bylo pozorováno už trochu dříve. Pokud vím, tak toto vymysleli pánové Greenberger, Horne a Zeilinger v roce 1989 a změřil to tým prof. Zeilingera v roce 1998. Zmíněný stav se na jejich památku nazývá GHZ stav.
Trochu více zde:
http://en.wikipedia.org/wiki/Greenberger%E2%80%93Horne%E2%80%93Zeilinger_state

Odpovědět

Pro pana Wagnera (Brože ?)

Josef Řeřicha,2015-01-25 16:31:16

Když si vygoogluji výraz „kvantový stav“ , tak mi to sdělí, néé to, co to je v reálu, v Přírodě, ale to, co to je v kvantové mechanice. Nechci vědět co je kvantový stav „v mechanice“, chci vědět co to je ve světě reality. Pak mi google dál řekne, že kvantový stav je „skupina veličin“…jimiž je systém určen. Já nechci vědět, že předmět na mém stole je černý, je teplý, je hranatý, je nevodič, je tvrdý, atd…nechci vědět stav veličin toho předmětu, chi vědět to, že mi na stole leží miska s jahodami. Podobně s tím kvantovým světem. Věda mi popisuje stav „veličin“ ale nepopisuje „čeho“ stav. Dokonce tomu věda říká „kvantový“ stav. Proč ? On elektron je kvantový ? i Hoggsův bozon je kvantový ?, i neutrino je kvantové ?, kvark.. Co to je „že je kvantové“ ? ? Kvantové je reál anebo lidský výmysl matematický ? Pak mi tam říkají, že „kvantový stav elektronu“ je určený „funkcí“ .., já myslel, že elementy jsou určeny jevem jako je náboj, podivnost, hmotnost, spin, atd., ale proč je podmínkou existence fyzikálního artefaktu nějaká matematika čili „funkce“ ? Funkci mám na papíře, ale nemám jí v časoprostoru na plankově škále. Měsíc a Slunce a hvězdy a talíř a žába, boty, jsou určeny existencí, stavem chemických látek a néééé „funkcí“. ! Stav elektronu ( jeho „funkce“ ) že prý se mění když se na něj kouknu, akt měření. Jenže akt měření je poslat na elektron foton mého pozorovacího přístroje. Chce mi tu vědec říci, že elektron, co letí-putuje vesmírem 12 miliard let, a co nepotkal žádného fotona ? že je původním elektronem 12 miliadr let a pak je najednou ten elektron „někým jiným“ když se na něj „koukne foton“?
Mohl bych dál pokračovat, ale už stačí. I tak jsem dost provokoval.

Odpovědět


Pavel Hudecek,2015-01-25 17:49:26

Funkce jsou nejkratším způsobem, jak ty kvantové věci popisovat a tak se k tomu používají. Můžu třeba vyrobit nějakou krabičku, ze které leze střídavý proud daný funkcí sin (omega t) + sin (omega 3t) / 3 + 0,3, kde t je v ms a výsledek v A, což na ni pak můžu třeba napsat. Bude to jednoznačné a krátké. Nebo mám barvu, kterou můžu popsat takto: Barva listu stromu, co stojí nejblíže nalevo od mého okna, který byl dvěstěčtyřicátý čtvrtý, počítáno od spoda za bezvětří. Barva bude jeho průměrná barva, pokud se dívám na svrchní stranu. Tu barvu, co mám na mysli, měl 19.8.2008 ve 14:44:21,31168. Nebo můžu napsat, že se jedná o RGB barvu 158,149,254. Ten první popis je jednoznačný, lidově pochopitelný, ale nereprodukovatelný. RGB je reprodukovatelné a každý, kdo tomu rozumí, si představí světlou šedo modrou. Což s toho lidově srozumitelného popisu neplyne, protože v něm není zmíněno, že tenhle je modrý, protože ho lakýrník 17.8. pobrindal barvou.

Kvantové věci nepřipomínají nic, co bychom znali ze svého makroskopického života, takže se k jejich popisu používá aparát, který je pro živočicha velkého dva metry dost nepřirozený. Jistě by se našly lidově pochopitelnější popisy, ale byly by těžkopádné a matoucí.

Odpovědět


Pane Řeřicha,

Jan Valečka,2015-01-25 19:52:16

A jak poznáte, že je to miska jahod, když ne tak, že se na ní podíváte a zjistíte, že ve vypouklé nádobě máte červené hroudy s tečkami, které podle vaší zkušenosti připomínají to, co nazýváte jahodou? Také musíte zjistit vlastnosti toho předmětu, abyste ho dokázal pojmenovat. Akorát že ty vlastnosti jsou pro vás v případě jahody intuitivní, kdežto v případě elementárních částic ne. Odpověď na vaší otázku je ano, elektron i další částice skutečně jsou kvantové, ať už si pod tím představujete cokoliv. Abyste popsal jejich chování, použijete k tomu hodnoty kvantových veličin zasazené do vlnové funkce. Podobně, jako k popisu jahody použijete hodnoty energie od nich odraženého světla, abyste zjistil, že jsou červené. Ta funkce, kterou máte napsanou na papíře, se snaží přiblížit funkci, která popisuje reálné chování předmětu. Ta cílená funkce ovšem je skutečně v časoprostoru a podle ní se předmět chová. Obzvlášť hezky je to vidět na Vašem příkladu měsíce a hvězd, jejichž chování hezky popisují Keplerovy zákony (a lépe samozřejmě pozdější vylepšení, jako obecná relativita). Tedy je skutečně určují funkce.

Odpovědět

Rychlost přenosu informace

Jiří Kocurek,2015-01-25 13:34:07

Zajímalo by mě, zda se změna kvantového stavu projeví bez prodlevy na libovolnou vzdálenost. Nebo zda platí omezení rychlostí světla a změna kvantového stavu nastane se zpožděním závislým na vzdálenosti.

Odpovědět


pan Kocourek:

Juraj Chovan,2015-01-25 14:25:41

opravte ma niekto ak sa mylim, ale podstatou kvanoveho previazania by malo byt prave to ze system sa chova ako nedelitelny celok, ktory je ako celok opisany nejakym kvantovomechanickym stavom.
A tudiz zmena tohto stavu sa prejavi okamzite v celom priestore ktory dany system zabera.

Nejde teda o akciu-reakciu, kde zmenou stavu jedneho systemu dosiahneme zmenu stavu ineho systemu (prostrednictvom vymeny nejakej intermedialnej castice, napr. fotonu alebo W-bozonu, ktorej rychlost je obmedzena).

Ide o to ze kvantovomechanicky ide o jediny system (lokalizovany vlnovou funkciou v nejakom vymedzenom priestore), a ak dojde k zmene stavu tohto systemu tak k nej dojde okamzite vsade.

Odpovědět


???

Jan Kment,2015-01-25 15:27:48

A čím je ten systém vymezený, když se říká, že provázané částice mohou být od sebe libovolně daleko. Je tím systémem celý vesmír, nebo jak to je? (ptám se jako laik)

Odpovědět


pan Kment,

Juraj Chovan,2015-01-25 21:50:23

ten system je vymedzeny vlnovou funkciou.

Tak napriklad, vlnova funkcia zakladneho stavu elektronu v atome vodika je gulova sfera o polomere priblizne jednej desatmiliontiny milimetra, ktora je uprostred hustejsia a so zvacsujucim sa polomerom redsia.
To hustejsia alebo redsia vyjadruje pravdepodobnost kde presne v ramci atomu sa ten elektrom v danom okamihu nachadza.

Ak tento elektron (napriklad po interakcii s fotonom) excituje zo zakladneho stavu, jeho vlnova funkcia sa zmeni. Uz bude mat trochu inu velkost a iny tvar.

Avsak k tejto zmene vlnovej funkcie dojde okamzite v celom priestore atomu, nie je to tak ze ak k interakcii dojde v juhozapadnej casti atomu tak informacia o zmene vlnovej funkcie sa bude sirit smerom k severovychodnej casti atomu rychlostou svetla (pripadne pomalsie).

Ciste matematicky vieme navrhnut taku vlnovu funkciu nejakeho systemu, ktora bude lokalizovana na dvoch roznych miestach. Budu to napriklad dve malinke sfery vzdialene od seba niekolko nanometrov. Ze tie sfery su oddelene znamena ze castica sa nachadza budto v jednej z nich alebo v druhej. Zmena stavu sposobi napriklad to ze vlnovou funkciou uz nebudu tie povodne sfery, ale budu mat nejaky novy tvar alebo ine rozlozenie hustoty (a teda pravdepodobnosti vyskytu castice). Avsak stale mozu ostat lokalizovane na dvoch miestach vzdialenych od seba niekolko nanometrov.

A co ak navrhneme system kde vlnova funkcia bude lokalizovana na dvoch miestach vzdialenych nie nanometre, ale milimetre, alebo kilometre, alebo hoci svetelne roky? V takom pripade, zmena stavu systemu nastane sucasne na oboch miestach, aj ked je jedno na Zemi a druhe v hviezdnom systeme Proximy Centauri.

Je to skvely sposob ako prenasat informaciu nadsvetelnou rychlostou, a predpokladam ze prave preto mal z toho Albert Einstein hlavybolenie.

Samozrejme je treba prekonat "maly" technicky problem - a to vytvorit realny fyziklany system ktory by bol kvantovomechanicky prepojeny aj na makroskopicke vzdialenosti.

Zaverom zdoraznujem ze v tomto som docela laik takze ak trepem blbosti prosim o opravu...

Odpovědět


Ach tak!

Jan Kment,2015-01-25 23:15:34

Takže se to týká jen nanosvěta. Tam už jsme na různé paradoxy zvyklí. Tak nevím z čeho měl Einstein těžké spaní když nemusel mít strach, že ho někde v jiné galaxii v reálném čase odposlouchávají!

Odpovědět

Řecké přísloví praví...

Josef Řeřicha,2015-01-25 12:10:29

Když se tři hlupáci vyptávají jeden mudrc má co dělat aby dobře odpověděl.
Často se v kosmologických článcích píše o „kvantových sítích“ ( jako ve vedlejším článku ), nebo o „časoprostorovém předivu“. Co to je ta „síť, z čeho ?, a co to je to „předivo“, z čeho ?
Pokud mi někdo z laiků odpoví, že to tu už jednou bylo ( před deseti lety ), pak si myslím,že i kdyby to tu bylo 50x za rok, že to nestačí na dokonalou odpověď.

Odpovědět

líbí se mi tento vtip

Mojmir Kosco,2015-01-25 08:00:50

Wheeler Fenynman : Vím proč všechny elektrony mají stejný náboj a hmotnost.
Proč?
Protože je to pořád stejný elektron.

Odpovědět


Klidně vtípkujte víc

Mintaka Earthian,2015-01-25 09:46:43

Ani bych se moc nedivil, kdyby všechny částice byly částicí jedinou, oscilující v prostoru a času.

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