Eksperiment med 37 dimensioner viser, hvor mærkelig kvantefysik kan være

En søgning efter partiklernes mest paradoksale kvantetilstande førte forskere til at konstruere et 37-dimensionelt eksperiment

Partikler af lys hjalp med at teste et kvanteparadoks

Partikler af lys, der effektivt eksisterer i 37 dimensioner på én gang, er blevet brugt til at teste en ekstrem version af et kvanteparadoks.

”Dette eksperiment viser, at kvantefysik er mere ikke -klassisk, end mange af os troede. Det kan være (at) 100 år efter dets opdagelse, ser vi stadig kun toppen af ​​isbjerget, ”siger Zhenghao Liu ved det tekniske universitet i Danmark.

Han og hans kolleger fokuserede på Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) -paradokset, der viser, at kvantepartikler kan forblive forbundet på tværs af store afstande i over 30 år. I den enkleste version af paradokset er tre partikler forbundet gennem kvanteforvikling, et specielt link, der giver observatører mulighed for at lære noget om en partikel ved at interagere med de to andre.

Hvis forskere antager, at partiklerne kun kan påvirke hinanden, når de er i nærheden-med andre ord, når såkaldte uhyggelige handling på afstand er forbudt-bliver ligninger og eksperimenter snarret i matematiske umuligheder. Faktisk kan paradokset udtrykkes gennem en beregning, der resulterer i, at 1 og -1 er lige, hvilket ikke kan være sandt. I 1990’erne indså fysikere, at den eneste måde at undgå sådanne umuligheder var at acceptere, at partikler kan deltage i kvantespookiness.

Liu og hans kolleger ønskede at konstruere den mest ekstreme version af dette paradoks endnu. Specifikt ønskede de at finde tilstande af fotoner eller partikler af lys, hvis opførsel i et GHZ -eksperiment ville være den mest forskellige fra rent klassiske partikler.

Deres beregninger afslørede, at fotoner måtte være i kvantetilstande som komplicerede, som om de eksisterede i 37 dimensioner. Ligesom din position lige nu skal bestemmes med henvisning til tre rumlige og en tidsmæssig dimension af vores verden, måtte hver fotons stat bruge 37 sådanne referencer.

Forskerne testede derefter denne idé ved at oversætte en multidimensionel version af GHz -paradokset til en række pulser af meget sammenhængende lys – lys, der er ekstremt jævn i dens farve og bølgelængde – som de derefter kunne manipulere.

”Staten kodet af lyset og målingen på det styres af den samme matematik under kvantefysikken. Vores eksperiment kan således producere nogle af de mest ikke -klassiske effekter i kvanteverdenen, ”siger Liu. Denne type “kvantesimulering” er ekstremt teknisk udfordrende og kræver meget stabil og præcist kalibrerede enheder, siger han.

”Dette er et resultat” for evighed ”i den forstand, at det kan være relevant i (a) hundrede år,” siger Otfried Gühne på University of Siegen i Tyskland. Han siger, at det nye arbejde også kan have konsekvenser for, hvordan kvantetilstande af lys og atomer, der bruges til informationsbehandling, som i kvanteberegning, uden at undersøge grænserne for kvantehed.

Liu siger, at det også er det, han vil studere næste gang: hvordan man gør beregninger hurtigere ved at kode information til kvantetilstande, der ligner dem, som hans team allerede har studeret.