3 000 atomů strašidelně kvantově entanglováno jediným fotonem!  
Kvantoví mágové z MIT dramaticky překonali světový rekord v počtu zároveň entanglovaných atomů. Při vývoji ultrapřesných atomových hodin jediným fotonem kvantově provázali 3 tisíce atomů najednou.


Ilustrační snímek atomových hodin založených na atomech stroncia. Kredit: Ye group & Baxley / JILA.
Ilustrační snímek atomových hodin založených na atomech stroncia. Kredit: Ye group & Baxley / JILA.
Kvantový entanglement je prapodivná záležitost. Když jsou kvantově provázány, tedy entanglovány dvě částice nebo i více částic najednou, tak mezi nimi vznikne doslova magické pouto. Pokud se jedna částice určitým způsobem změní, když se třeba změní její spin, čili vnitřní moment hybnosti, tak se stejná změna okamžitě projeví i na druhé částici, ať je jakkoliv daleko.


Vladan Vuletić. Kredit: MIT.
Vladan Vuletić. Kredit: MIT.
Jak čtenáři OSLA jistě dobře vědí, jinak neohrožený Albert Einstein se kvantového entanglementu bál a mluvil o strašidelném působení na dálku (spooky action at a distance). Kvantovou mechaniku prostě neměl tak úplně v lásce. Doba pokročila a vědci se dneska už strašidelného působení na dálku tolik nebojí. Jsou stateční a se snaží tomuto úžasnému fenoménu dostat pod kůži. Poslední dobou jim přestává stačit kvantové provázání dvojic anebo několika málo částic a zkoušejí entanglovat větší skupiny atomů. Nedělají to přitom jen tak pro zábavu. Pokud se jim bude dařit, tak bychom na jejich výzkumu časem mohli vybudovat všehoschopné kvantové počítače anebo ultrapřesné atomové hodiny.


Právě snaha vyvinout novou technologii až neslušně přesných atomových hodin motivovala výzkum Vladana Vuletiće z MIT a jeho kolegů. Nedávno se jim podařilo kvantově entanglovat 3 tisíce atomů najednou pomocí jediného fotonu, což jim zaručilo pozornost celého světa a publikaci v prestižním Nature. Stali se totiž držiteli světového rekordu v počtu najednou entanglovaných částic, i když to nejspíš nebude nadlouho. Dosavadní rekord přitom činil 100 entanglovaných atomů a byl považován za zcela unikátní úspěch.
Švýcarské atomové hodiny FOCS-1 z roku 2004. Zpozdí se o 1 sekundu za 30 milionů let. Kredit: METAS / Wikimedia Commons.
Švýcarské atomové hodiny FOCS-1 z roku 2004. Zpozdí se o 1 sekundu za 30 milionů let. Kredit: METAS / Wikimedia Commons.



Vuletić a spol. sami tvrdí, že jejich postup představuje realistickou metodu pro tvorbu velkých souborů entanglovaných atomů, takže se brzy můžeme dočkat nových rekordů. Právě takové početné soubory entanglovaných atomů jsou klíčovou komponentou pro vývoj ještě přesnějších atomových hodin. Vuletićův tým prokázal, že s jediným fotonem lze entanglovat doopravdy hodně atomů. Vytvořili tím úplně novou třídu entanglovaných stavů, která se teď stala dostupná našemu zvědavému zkoumání.


Jak entanglovat velký soubor atomů jediným fotonem. Kredit: McConnell et al. (2015), Nature.
Jak entanglovat velký soubor atomů jediným fotonem. Kredit: McConnell et al. (2015), Nature.
Nejlepší atomové hodiny dneška jsou založené na přirozených vibracích oblaku ultrachladných atomů v laserové pasti. Když atomy takového oblaku vibrují, tak fungují jako kyvadlo a udržují plynulé měření času. Skrz oblak uvězněných atomů prochází laserový paprsek, který detekuje vibrace atomů a určuje z nich délku časových intervalů. Podle Vuletiće jsou dnešní atomové hodiny samozřejmě úžasné. Ty nejlepší z nich by se od Velkého třesku, tedy za 13,8 miliardy let, zpozdily o necelou minutu. Jenže Vuletić a spol. chtějí postavit ještě lepší. Teď v tom učinili významný pokrok.


Vtip je v tom, že přesnost takových atomových hodin vzrůstá s počtem atomů v laserové pasti. Pokud jde o běžné atomy, tak přesnost atomových hodin odpovídá druhé odmocnině jejich počtu, tj. hodiny, které mají devětkrát víc atomů v laserové pasti, jsou jenom třikrát přesnější. Když jsou ale v laserové pasti entanglované atomy, tak jejich přesnost odpovídá počtu atomů. Hodiny, co mají devětkrát víc měřených atomů, jsou také devětkrát přesnější. Takže, čím víc entanglovaných atomů dokážeme nacpat do laserové pasti, tím budou atomové hodiny přesnější.






Video:  CAP 2014: V. Vuletic – Very Attractive Photons.



Literatura

Nature 519: 439–442, Wikipedia (Quantum Entanglement, Atomic Clock).

Obrázky
Ilustrační snímek atomových hodin založených na atomech stroncia. Kredit: Ye group & Baxley / JILA.
Datum: 29.03.2015 03:15
Tisk článku

GPS - Stankovič Jan, Hojgr Radek
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 299 Kč
cena: 254 Kč
GPS
Stankovič Jan, Hojgr Radek

Diskuze:

jaká je rychlost?

Petros Pd,2015-04-01 20:49:48

Nikde jsem se nedočetl jak je to s rychlostí,je přenos informace mezi entaglovanými částicemi rychlejší než světlo?

Odpovědět


Petr Jíčínský,2015-04-03 20:32:08

Jednotka je z čínštiny a jmenuje se Tsuku Letu. Takže v cukuletu, jenže žádná informace se nepřenáší. Pouze můžete měřením zjistit, v jakém stavu byla entanglovaná částice (byť netušíte, kde přesně je), před tím, než jste partnerskou částici změřil, čímž jste provázání zlikvidoval.

Odpovědět

definice entanglementu

Jakub Beneš,2015-03-30 18:15:48

na vysoké nás zhruba před deseti lety učili, že entanglement je provázání vlnových funkcí tehdy ještě dvou částic tak, že při změření vlastnosti jedné, je určena vlastnost i druhé. (tedy kdybychom změřili vlastnost druhé, její hodnota by ve 100% případů odpovídala předpokládané opačné hodnotě). zároveň nás ale učili, že okamžikem změření entanglement zaniká. nerozumím tedy vyjádření v článku, kde se zmiňuje to, že při změně vlastnosti se změní vlastnost i druhé částice. nic takového z entaglementu neplyne. ve chvíli kdy bychom teoreticky nějakou vlastnost měnili, už ji budeme mít změřenou a enetanglement už nebude existovat. a nebo se od te doby definice změnila, že ty částice zůstávají provázané navěky věků ať s nimi děláme co chceme? :) je pravda že už jsem deset let ze školy. další věc které moc nerozumím je aplikace enatglementu na 3000 částic. řekněmě že změříme vlastnost 1. to nám ale neřekne vůbec nic o těch 2999 zbývajících. pouze kdyby šlo o nějakou vlastnost, která může nabývat 3000 hodnot. tak by nám to řeklo, že těch 2999 už nebude moct nabýt té jedné změřené hodnoty. k čemu nám to je? navíc taková vlastnost, která může nabýt 3000 hodnot neexistuje.

Odpovědět


Ja som kvôli tomu prešiel z fyziky

Rene Mikolas,2015-03-30 18:37:06

Heisenbergův princip neurčitosti - bol príčinou toho, že som prešiel z fyziky, ale čím ďalej tým viac si myslím, že je nedôstojné pre vedcov venovať sa Kvantovej mechanike.
Neviem to vysvetliť , ale myslím, si, že závery vychádzajú z nesprávnych predpokladov a ešte horšia je interpretácia výsledkov.

Odpovědět

To sa dá ako dokázať?

Rene Mikolas,2015-03-30 14:43:30

Viem, že tomu nerozumejú ani vedci, ale nejako podať dôkaz museli na toto tvrdenie: "Pokud se jedna částice určitým způsobem změní, když se třeba změní její spin, čili vnitřní moment hybnosti, tak se stejná změna okamžitě projeví i na druhé částici, ať je jakkoliv daleko."
Akokoľvek ďaleko - ten dôkaz ozaj existuje? Nech mi niekto nehovorí, že bol v nekonečnu.

Odpovědět

Řetězová reakce od jakého množství atomů?

Jaroslav Mrázek,2015-03-30 06:16:09

Někde to začalo a velký třesk mohl být výsledkem...

Odpovědět

Nerozumím entanglementu?

Ladislav šimeček,2015-03-29 21:48:15

Cituji
"Pokud se jedna částice určitým způsobem změní, když se třeba změní její spin, čili vnitřní moment hybnosti, tak se stejná změna okamžitě projeví i na druhé částici, ať je jakkoliv daleko."
Změním třeba spin na opačný - ihned se změní i spin druhé částice. Tímto by se dal udělat telegraf na přenášení zpráv nadsvětelnou rychlostí. Ale pokud tomu dobře rozumím, takto entanglement nefunguje.
Když máme už třeba ten spin, tak u obou entanglovaných částic je neznámý. V okamžiku, kdy zjistím spin jednoho, je určen i spin druhého. To neodpovídá citované formulaci.Tak tomu alespoň rozumím já, nefyzik, lékař.
Co na to autor?

Láďa

Odpovědět


Tomáš Habala,2015-03-29 23:24:27

Mate pravdu, nejedna sa o zmenu hodnoty, ale o nadobudnutie hodnoty. Previazane castice nadobudnu hodnotu previazaneho parametra sucasne. Neda sa im vsak vnutit, aku hodnotu maju nadobudnut.

Odpovědět


Pavel Bílek,2015-03-30 01:41:38

Tím, jakou při měření první částice zvolíme bázi, vnutíme druhé částici jednu z mála možností (viz například teleportace). Háček je v tom, že ty možnosti jsou vůči sobě navzájem takové, že bez znalosti, která z nich byla vybrána, neprozradí měření druhé částice o zvolené bázi žádnou informaci. Polopatisticky je to vysvětleno na http://www.quantum-mechanics.eu/czech.html

Odpovědět


Pavel Bílek,2015-03-30 02:24:45

Upřesnění:
Je bezpočet možností, v jakém stavu můžeme entanglovaný pár částic po měření najít. S tím ovšem bezprostředně souvisí to, že je bezpočet možností, jakým způsobem lze měřit.
Záleží na tom, jak měříme. Tím, jakou zvolíme bázi při měření první částice, definujeme velmi malou množinu možností, a páru entanglovaných částic ji měřením vnutíme. Výsledkem měření je však jen jedna možnost z té malé množiny možností, a to už je nedeterministické.

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