構造光研究所（Structured Light Laboratory）研究チームは ウィットウォータースランド大学南アフリカ共和国は、両者のもつれに関連して画期的な発展を遂げました。
アンドリュー・フォーブス教授が率いる有名な紐理論家ロバート・デ・メッロ・コッハと共同で現在 湖州大学 中国では、チームは本質的な特性を変えることなく量子もつれた粒子を操作する新しい方法を成功裏に実証しました。
この偉業は、量子もつれを理解し適用するための記念碑的なステップです。
量子もつれのトポロジー
修士課程の学生であり、今回の研究の主な著者であるPedro Ornelasは次のように説明します。 「私たちは2つの同じ光子を絡み合わせ、それらの共有波機能をカスタマイズすることによってこれを達成しました。 このプロセスは、単一のオブジェクトと見なされる場合にのみ、集合構造またはトポロジを明確にします。
この実験は、粒子が遠く離れていても、お互いの状態に影響を及ぼす「遠距離での恐ろしい作用」として有名な量子もつれの概念を中心に行われます。
この文脈では、トポロジは重要な役割を果たします。 これは、コーヒーマグとドーナツが変化しない単一の穴のために、位相学的に同じものと同様に、特定の特性が保存されることを保証する。
Forbes教授は、「私たちのもつれた光子は似ています」と説明しています。 「彼らのもつれは柔軟ですが、一部の特性は一定に保たれています」
この研究では、特に1980年代にTony Skyrmeが導入した概念であるSkyrmionトポロジを調査しました。 このシナリオでは、トポロジは、生地のテクスチャなど、操作方法に関係なく変更されずに維持されるグローバル属性を表します。
量子もつれ応用
当初、磁性材料、液晶、光学アナログを研究したスカイミオンズは、データ記憶技術の安定性と可能性のために、凝集物質の物理学から称賛された。
Forbesは、「我々は、量子もつれたスカイミオンを通じて、同様の革新的な影響を達成することを目指しています」と付け加えます。 Skyrmionsを単一の地点に局在させた以前の研究とは異なり、今回の研究はパラダイム転換を提示します。
Ornelasが言ったように、「私たちは、伝統的にローカルと見なされていたトポロジが、空間的に分離されたオブジェクト間で実際に共有される非ローカルである可能性があることを理解しています。」
これに基づいて、チームはもつれた状態の分類システムとしてトポロジを使用することを提案します。 共同研究者であるアイザック・ネイプ博士は、それをもつれた状態のアルファベットに例えます。
「穴で球とドーナツを区別するように、量子穿孔は位相学的特徴として分類することができます」と彼は説明します。
主な洞察と今後の研究
この発見は、トポロジを量子情報処理のための媒体として活用する新しい量子通信プロトコルの文を開きます。
このようなプロトコルは、特に、最小のエンタングルメントが原因で既存の符号化方法が失敗するシナリオでは、量子システムで情報を符号化し伝送する方法に革命を起こす可能性がある。
要約すると、本研究の意義は実用化の可能性にある。 何十年もの間、もつれた状態を維持することが主な課題でした。
研究チームの研究結果は、もつれが崩壊してもトポロジがそのまま維持され、量子システムに新しいエンコードメカニズムを提供できることを示唆しています。
Forbes教授は、「我々は現在、新しいプロトコルを定義し、位相的で非局所的な量子状態の広大な環境を探索し、量子通信と情報処理にアプローチする方法に潜在的に革命を起こす準備ができています」と未来志向の声明で結論を下しました。
量子もつれに関する追加情報
上で議論したように、量子もつれは量子物理学領域において興味深く複雑な現象である。
これは、粒子が遠く離れていても、各粒子の量子状態が他の粒子の状態とは独立して説明できないように、粒子対またはグループが生成、相互作用、または空間的近接を共有する物理的プロセスです。 。
発見と歴史的文脈
量子もつれは、1935年にAlbert Einstein、Boris Podolsky、およびNathan Rosenによって初めて理論化されました。 彼らは量子力学の完全性に挑戦するEinstein-Podolsky-Rosen（EPR）パラドックスを提案しました。
アインシュタインは、もつれを「遠隔地での不気味な作用」と有名に言及し、粒子が遠くに渡って瞬間的に互いに影響を及ぼす可能性があるという考えに不快感を示しました。
量子もつれの原理
量子もつれの核心には入れ子の概念があります。 量子力学では、電子や光子などの粒子は重なり合う状態で存在します。 つまり、同時に複数の状態にある可能性があります。
2つの粒子が絡み合うと、互いにどれだけ離れているかにかかわらず、1つの状態（スピン、位置、運動量、または分極など）が他の粒子の状態にすぐに関連付けられるようにリンクされます。
コンピューティングと通信の量子もつれ
量子もつれは物理法則の古典的な概念に挑戦します。 これは、情報が光の速度よりも速く伝達できることを示唆し、これはアインシュタインの相対性理論と矛盾する。
しかし、これは利用可能な情報が瞬時に送信されるという意味ではなく、これは因果性に違反する。 むしろ、それは量子レベルで根深い相互接続性を意味します。
量子もつれの最も興味深いアプリケーションの一つは、量子コンピューティングの分野です。 量子コンピュータは、もつれた状態を使用して、既存のコンピュータが達成できない速度で複雑な計算を実行します。
量子通信におけるもつれは、理論的にはハッキングに免疫のある量子暗号化や量子鍵配布などの非常に安全な通信システムを開発するための鍵です。
実験的検証と現在の研究
理論的に始まって以来、量子もつれは実験的に数回実証され、奇妙で反直観的な特性を確認しました。
最も有名なのはベルテスト実験で、局所的な隠れ変数理論に反して量子力学を支持する重要な証拠を提供しました。
要約すると、量子力学の基礎である量子もつれは、継続的に集中的な研究と議論のテーマとなっています。 その難解な性格は、物理的な世界に対する私たちの理解に挑戦し、技術の潜在的な革命的な発展を開きます。
研究が進むにつれて、私たちはこの奇妙な現象をより実用的に適用し、量子宇宙の謎をさらに解決することができます。
全体の研究はジャーナルに掲載されました。 自然光学。
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