Kwantumverstrengeling is het fundamentele fenomeen dat ten grondslag ligt aan het functioneren van een verscheidenheid aan kwantumsystemen, inclusief kwantumcommunicatie, kwantumdetectie en kwantumcomputertools. Dit fenomeen is het gevolg van een interactie (d.w.z. verstrengeling) tussen deeltjes. Het bereiken van verstrengeling tussen verre en zeer verschillende objecten, echter, is tot nu toe zeer uitdagend gebleken.

Onderzoekers van de Universiteit van Kopenhagen hebben onlangs een verstrengeling tot stand gebracht tussen een mechanische oscillator en een collectieve atomaire spinoscillator. Hun werk, geschetst in een paper gepubliceerd in Natuurfysica , introduceert een strategie voor het genereren van verstrengeling tussen deze twee verschillende systemen.

"Ongeveer een decennium geleden, we hebben een manier voorgesteld om via fotonen verstrengeling tussen een mechanische oscillator en een spinoscillator te genereren, gebruikmakend van het principe dat later 'kwantummechanica vrije deelruimten' of 'trajecten zonder kwantumonzekerheden' werd genoemd, '" zei Eugene S. Polzik, die de groep leidde die het onderzoek uitvoerde. "In onze nieuwe krant we rapporteren experimentele implementatie van deze voorstellen."

Om verstrengeling tussen een mechanisch en een spinsysteem te genereren, Polzik en zijn collega's maakten gebruik van een belangrijk kenmerk van spinoscillatoren, namelijk dat ze een effectieve negatieve massa kunnen hebben. Wanneer het opgewonden is, de energie van een spinoscillator wordt verminderd, waardoor het verstrikt kan raken in een meer conventionele mechanische oscillator met een positieve massa. De onderzoekers hebben deze verstrengeling experimenteel gegenereerd door een gezamenlijke meting uit te voeren op beide oscillatoren.

"Verstrengeling tussen de mechanische en spinsystemen wordt gegenereerd door licht door beide systemen te sturen, een mechanische oscillator met positieve massa en een spinoscillator met een effectieve negatieve massa, Polzik zei. "Het uitvoeren van een meting op het doorgelaten licht projecteert de twee systemen in een verstrengelde toestand. Daaropvolgende herhaalde meting verifieert de verstrengeling door aan te tonen dat de kwantumfluctuaties van de twee systemen sterk gecorreleerd zijn."

Het experiment van Polzik en zijn collega's laat zien dat mechanische beweging kan, althans in principe met willekeurige nauwkeurigheid worden gemeten door een geschikt referentiekader te identificeren en toe te passen. Deze metingen overwinnen de zogenaamde 'standaard kwantumlimiet van meting' die is afgeleid van het onzekerheidsprincipe van Heisenberg, die van toepassing is op metingen in een standaard, klassiek referentiekader.

"De essentie van het onzekerheidsprincipe is de balans tussen de onnauwkeurigheid van de meting en de storing veroorzaakt door de meting, de kwantum-terug-actie, " zei Polzik. "Bij een meting in het negatieve massareferentieframe interfereren de backaction-storingen die op het object en op het referentieframe worden uitgeoefend afleidend en heffen ze elkaar op, wat leidt tot potentieel onbeperkte meetnauwkeurigheid."

Dit team van onderzoekers was de eerste die experimenteel de verstrengeling tussen een mechanisch en een spinsysteem aantoonde. In de toekomst, hun werk zou kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe kwantumtechnologieën en protocollen die gebaseerd zijn op verstrengeling tussen verschillende soorten oscillatoren. In hun volgende studies, Polzik en zijn collega's zijn van plan om de effectiviteit van hun aanpak voor het uitvoeren van kwantumteleportatie te evalueren en om andere kwantumcommunicatiehulpmiddelen te ontwikkelen.

"Met de recente waarneming van kwantumrugactie door de zwaartekrachtgolfdetectorteams LIGO en VIRGO, worden de manieren om de kwantumrugactielimieten te overwinnen vooral relevant voor die extreem uitdagende instrumenten, " zei Polzik. "We bouwen een experiment waarbij we de mogelijke toepasbaarheid van onze benadering van de verbeterde gevoeligheid van zwaartekrachtgolfdetectoren willen aantonen."

© 2020 Wetenschap X Netwerk