(Phys.org) — In een nieuwe studie, natuurkundigen hebben een manier laten zien om echte verstrengeling tussen twee identieke deeltjes tot stand te brengen - een onderwerp dat tot nu toe is betwist. De resultaten geven een beter begrip van de fundamentele aard van verstrengeling tussen identieke deeltjes en hebben mogelijke toepassingen in de verwerking van kwantuminformatie.

Een van de vele vreemde kenmerken van kwantumverstrengeling is dat, als twee deeltjes identiek zijn, dan lijken ze automatisch verstrikt te raken. In dit geval, "identiek" betekent dat de deeltjes van hetzelfde type zijn, bijvoorbeeld elke twee fotonen worden als identiek beschouwd omdat er geen manier is om een ​​bepaald foton van een ander te onderscheiden.

Dit type verstrengeling, die natuurkundigen "verstrengeling door niet te onderscheiden, ontstaat door de standaard manier waarop identieke deeltjes worden gelabeld. Hoewel de deeltjes identiek zijn, natuurkundigen kennen ze verschillende labels toe om ze van elkaar te onderscheiden. Door de manier waarop verstrengeling wordt bepaald, met betrekking tot hun etiketten, identieke deeltjes lijken onvermijdelijk verstrengeld te zijn.

Hoewel dit type verstrengeling anders is dan verstrengeling tussen niet-identieke deeltjes, er is onenigheid onder natuurkundigen over wat het precies is en of het bruikbaar is voor toepassingen. In één gezichtspunt, de verstrengeling geldt zelfs voor verre deeltjes, maar kan niet worden benut voor praktisch gebruik. In een ander gezichtspunt, de verstrengeling is gewoon een artefact van etikettering en zou eigenlijk helemaal niet als verstrengeling moeten worden beschouwd.

Ideaal, een geschikte manier om het debat te beslechten zou zijn om de verstrengeling tussen identieke deeltjes te onderzoeken met behulp van een proces dat Schmidt-decompositie wordt genoemd, die vaak wordt gebruikt om verstrengeling tussen niet-identieke deeltjes te bestuderen. Helaas, Schmidt-decompositie is niet op een eenvoudige manier van toepassing op identieke deeltjes, en het gebruik ervan op dit gebied is controversieel en onnauwkeurig, geeft duidelijk onjuiste resultaten voor identieke deeltjes.

Het belangrijkste resultaat van de nieuwe studie is dat de natuurkundigen de ontleding van Schmidt hebben veralgemeend, zodat deze zowel op identieke als op niet-identieke deeltjes kan worden toegepast.

"De resultaten laten zien dat verstrengeling tussen identieke deeltjes niet alleen een wiskundig artefact is, maar dat, onder bepaalde omstandigheden, de verstrikking als gevolg van ononderscheidbaarheid is echte fysieke verstrengeling, " co-auteur Rosario Lo Franco aan de Universiteit van Palermo, Italië, vertelde Phys.org .

Wanneer toegepast op twee identieke qubits, de methode laat zien dat in bepaalde situaties, deeltjes kunnen alleen fysiek verstrengeld raken als ze in de buurt zijn, en niet wanneer het ruimtelijk gescheiden was zoals het eerder leek.

"De sleutel tot de prestatie was het afschaffen van de standaardpraktijk van het toewijzen van labels aan identieke deeltjes, en in plaats daarvan eenvoudig de deeltjes beschrijven in termen van hun toestanden, " zei co-auteur Giuseppe Compagno van de Universiteit van Palermo.

De onderzoekers ontdekten ook een enigszins verrassend resultaat voor qutrits - deeltjes met drie niveaus die relevant zijn voor het opslaan van kwantuminformatie - dat contrasteert met een eerder resultaat met een andere methode. De onderzoekers zeiden dat dit verschil nader onderzoek vereist.

Algemeen, de natuurkundigen verwachten dat de methode een nieuw type verstrengelingsmiddel voor toepassingen oplevert.

"In het geval dat de deeltjesgolffuncties elkaar overlappen, verstrengeling die uitsluitend te wijten is aan niet te onderscheiden en direct onthuld door de Schmidt-decompositie kan operationeel worden gebruikt in protocollen van kwantuminformatieverwerking, " zei Lo Franco. "Deze prestatie vereist mogelijk eerst een scheiding van de identieke deeltjes zoals verkregen door de zogenaamde extractieprocedures."

© 2017 Fys.org