Физики визуализируют квантовый Инь-Ян в эксперименте «Запутанный свет»

Никогда не говорите, что ученые не видят возвышенного.

Закодировав и расшифровав китайский символ дуальности и гармонии в квантовых состояниях двух запутанных фотонов, физики недавно продемонстрировали превосходная эффективность нового аналитического метода.

Исследователи из Римского университета Сапиенца и Оттавского университета в Канаде использовали метод, аналогичный популярной голографической технике, для быстрого и надежного измерения информации о положении частицы.

Улучшая существующие методы фиксации важных деталей различных состояний запутанных частиц, команда надеется предоставить инженерам новые инструменты вычислений и визуализации, которые составляют основу квантовых технологий.

Индивидуальные Фотоны, как и любую частицу, лучше всего описать как медленно развивающийся диапазон возможностей, прежде чем измерение даст им точные, фактические цифры. Поляризация, вращение, импульс и даже их положение так же нестабильны, как монета, падающая в воздухе, пока метафорическая рука не приводит ее в одно состояние.

Если два фотона имеют какую-то общую историю – например, два монеты, вырванные из одного кошелька: ударить одну все равно, что остановить другую в полете. Как бы они ни были запутаны, знание чего-то об одном даст вам оценку другого, как если бы оно тоже было поставлено на место.

Основы этой азартной игры составляют саму основу квантовых компьютеров. У многочисленных запутанных частиц, называемых кубитами, одно из их состояний может быть считано способами, которые быстро ответят на специально сформулированные математические вопросы.

Но зачем использовать только одно состояние, когда у частиц есть так много неопределенных характеристик на выбор, превращая простые 2D кубиты в «многомерные» кудиты?

Чтобы построить более сложную картину частицы, физики могут предпринять ряд измерений, точно так же, как несколько рентгеновских лучей используются для построения трехмерной картины тела. в компьютерной томографии.

Одной из основных проблем, связанных с адаптацией квантовой томографии для захвата многочисленных измерений частиц, является требуемая работа. По мере роста числа считываемых состояний измерения стремительно растут, что требует затрат времени и резко увеличивает риск ошибок.

Двуфотонная цифровая голография может изменить ситуацию. Точно так же, как обычные голограммы позволяют нам получать трехмерную информацию с двумерной поверхности, можно использовать интерференцию волн друг с другом, чтобы быстро и точно вывести дополнительные измерения всего лишь из нескольких деталей, переносимых парой фотонов.

Физики уже используют интерференцию запутанных частиц для отображения скрытых объектов в так называемом призрачном изображении. Зная достаточно о положении одного фотона, посланного по одному пути, можно узнать секреты путешествия его партнера по второму пути, перекрывая их волны.

Применив приемы голографии, исследователи смогли считывать позиционную информацию при интерференции двух разделенных световых волн, восстанавливая достаточно информации для воссоздания символа инь и ян, запрограммированного в аппарате, генерирующем фотоны.

Как бы просто ни выглядело инь и ян , это единственное статическое изображение представляет собой значительный скачок в измерении множества квантовых состояний за короткое время.

«Этот метод экспоненциально быстрее, чем предыдущие методы, и требует всего минут или секунд вместо дней», — говорит Университет Оттавы. физик Алессио Д’Эррико.

«Важно, что на время обнаружения не влияет сложность системы. Это решение давней проблемы масштабируемости в проекционной томографии».

Это исследование была опубликована в журнале Nature Photonics.