Spørg Scientariet: Noget om entanglede partikler, del II

Henrik Dall spørger: Hvordan skaber man et entangled partikelpar?

Anders Søndberg Sørensen, professor, Niels Bohr Institutet, KU, svarer:

Der findes i dag en række metoder. Traditionelt har man arbejdet meget med lys. F.eks. blev der i starten af 1980’erne lavet forsøg med Bells ulighed, hvor et atom henfaldt ved at udsende to fotoner. Fordi atomet startede og sluttede i en tilstand uden spin, kræver bevarelsen af spinnet (impulsmomentet), at de to fotoner, som kommer ud, har modsat spin (spinnet af fotonen kendes også som polariseringen af fotonen). Eftersom de to fotoner har modsat spin langs en vilkårlig akse, bliver de ifølge kvantemekanikken entanglede. Dette er også, hvad man fandt eksperimentelt, idet fotonerne blev brugt til at bryde Bells ulighed.

Ovenstående proces er dog ikke så effektiv, fordi det er svært at fange begge fotoner, når de forlader atomet. En bedre måde er at sende blå fotoner gennem en krystal, hvor en blå foton kan blive omdannet til to røde fotoner. Vender man krystallen rigtigt, kan man få en situation, hvor denne omdannelse kun kan ske, hvis de to fotoner har modsat spin. Men man ved ikke, hvilket spin fotonen, som gik til venstre, har, og man ender derfor i en entangled tilstand. Denne metode virker godt for lys, men har den ulempe, at det er tilfældigt, hvornår partikelparret dannes.

Vil man have en mere deterministisk dannelse af entanglement, kan man f.eks. arbejde med ioner i ionfælder. Ved at fange og køle ioner i en fælde kan man få dem til at lægge sig på en linje i en krystalstruktur. Hvis man lyser på en af ionerne med en laser, kan man få den til at absorbere en foton, hvis den er spin op, men ikke hvis den er spin ned. Hvis den absorberer fotonen, sætter rekylen hele krystallen i bevægelse. Man kan så lyse på en anden ion med en ny laser, som får den til at skifte tilstand, hvis krystallen bevæger sig. På denne måde bliver de to ioner entanglede. Denne metode er en af de metoder, man bruger til at lave kvantecomputere. En sådan kvantecomputer vil man kunne bruge til at løse beregningsopgaver, man ikke kan løse på vore dages computere.

Dette er blot et lille udvalg af de metoder, man i dag bruger til at lave entanglement, og vi finder stadig på flere. Målet er en dag at kunne kontrollere entanglement så godt, at vi kan bruge det som en ressource. F.eks. vil vi bruge det til at behandle information og til at lave mere præcise sensorer.

Stil din egne spørgsmål på ing.dk/scientariet/sporg

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

6 March 2006, Towards entangled-photon LEDs[lysdioder]: http://physicsworld.com/cws/article/news/2... Citat: "... Scientists in the UK have been able to generate pairs of entangled photons from a nanoscale crystal of semiconductor known as a "quantum dot" [kvanteø] far more efficiently than was possible before. The breakthrough was made by Andrew Shields at Toshiba and colleagues at the University of Cambridge, who produced entangled photons with an efficiency of 70% -- compared to a previous best figure of 49%. The improved performance approaches that required for useful applications, which means that devices emitting entangled light could one day be as common as lasers and light-emitting diodes (New J. Physics 8 29). ... A unique feature of the new source is that it generates a pair of entangled photons "on demand", that is, in response to an external trigger. ..."

Jun 5, 2010 Entangling photons with electricity: http://physicsworld.com/cws/article/news/2... http://physicsworld.com/cws/article/news/4... Citat: "... a new device called an "entangled light-emitted diode" (ELED)[E-lysdioder] ... The ELED differs from an ordinary LED in that it contains quantum dots – tiny nanometre-sized islands of semiconductor. ... The quantum dot can be tuned to capture two electrons and two holes, which puts the system into a "biexciton" state. This then decays into a ground state through one of two intermediary exciton states, the pathway determining the polarization of the resulting pairs of photons. If the fine structure splitting between these two states is approximately zero then the only way to determine the decay path is to measure the polarization of the photons – the photons are, therefore, said to be entangled. ... The device emits individual entangled pairs of photons when a pulsed current is applied and has an "entanglement fidelity" of 0.82 ..."

-

09.28.09, Quantum Entanglement Visible to the Naked Eye: http://www.wired.com/wiredscience/2009/09/... Citat: "... After attempting to entangle the superconducting circuits, Martinis and his team measured the directions of the currents 34.1 million times. When one current flowed clockwise (measured as a 0), the team found, the other flowed counterclockwise (measured as a 1) with very high probability. So the two were linked in a way that only quantum mechanics could explain. ... Finding entanglement between superconductors is “a fairly important milestone,” comments Anthony Leggett of the University of Illinois at Urbana-Champaign. The new study “does seem to be rather unambiguous evidence for entanglement.” ... “It’s interesting to test quantum mechanics on a large scale,” Girvin says. “Do things look classical on large scales because there’s something wrong with quantum mechanics? Personally, I think that’s wrong, but one never knows.” ..."

Sep 29, 2010, Superconducting trio get entangled: http://physicsworld.com/cws/article/news/2... Citat: "... Although they are difficult to entangle, superconducting qubits could have several advantages. In particular, they are completely solid state, which means that they are robust and can be implemented much like conventional electronic devices. ... The Yale physicists used qubits called "transmons". Each transmon is made from two tiny pieces of superconductor connected by two tunnel junctions. The superconductors contain a large numbers of "Cooper pairs" of electrons that can move through the material without any electrical resistance. ..."

-

University of California, Santa Barbara (2010, April 7). Quantum mechanics demonstrated in motion of objects large enough to see with naked eye. ScienceDaily: http://www.sciencedaily.com/releases/2010/... Citat: "... The researchers demonstrated that, once cooled, the mechanical resonator followed the laws of quantum mechanics. They were able to create a single phonon, the quantum of mechanical vibration, which is the smallest unit of vibrational energy, and watch as this quantum of energy exchanged between the mechanical resonator and the qubit. While exchanging this energy, the qubit and resonator become "quantum entangled," such that measuring the qubit forces the mechanical resonator to "choose" the vibrational state in which it should remain.

In a related experiment, they placed the mechanical resonator in a quantum superposition, a state in which it simultaneously had zero and one quantum of excitation. This is the energetic equivalent of an object being in two places at the same time. The researchers showed that the resonator again behaved as expected by quantum theory. ..."

March 22, 2005 Noisy Pictures Tell a Story of 'Entangled' Atoms: http://www.physorg.com/news3469.html Citat: "... Patterns of noise—normally considered flaws—in images of an ultracold cloud of potassium provide the first-ever visual evidence of correlated ultracold atoms, a potentially useful tool for many applications, according to physicists at JILA, a joint institute of the National Institute of Standards and Technology (NIST) and the University of Colorado at Boulder. Described in the March 21 online issue of Physical Review Letters, the noise analysis method could, in principle, be used to identify and test the limits of entanglement, a phenomenon Einstein called "spooky action at a distance." ..."

  • 0
  • 0

Denne metode virker godt for lys, men har den ulempe, at det er tilfældigt, hvornår partikelparret dannes.

Partikelparret udsendes samtidigt. Detekteres partikelparret samtidigt? Hvor samtidig?

Monokromatiske fotoner, med en meget veldefineret bølgelængde - vil de ikke altid have en indbygget tidslig usikkerhed på detektionen?

Kan en foton, både have en præcis veldefineret bølgelængde/frekvens, og samtidigt detekteres på et veldefineret tidspunkt?

  • 1
  • 0

@ Jens. Ferkvens tager tid. Hvis man ønsker så veldefineret et tidspunkt, at det næsten ikke har udstrækning (et "matematisk" tidspunkt helt uden udstrækning tror jeg ikke på), således at der kun registreres en enkelt bølgetop, kan man vel næsten ikke tale om frekvens i hvert fald ikke en veldefineret frekvens. Så hvis man vil registrere en veldefineret frekvens, skulle man tro, at man må give afkald på en lille smule "veldefinering" (præcision) af tidspunktet. Tror jeg. Steen

  • 0
  • 0

skulle man tro, at man må give afkald på en lille smule "veldefinering" (præcision) af tidspunktet.

Hvor gode er de til at interferere? Kan to fotoner, der udsendes samtidigt fra sådant et krystal, interferere med hinanden, når de er tidsmæssigt forskudt (tilbagelægger forskellig afstand)? Så ankommer fotonerne jo ikke samtidigt, med mindre de har udstrækning. Har de udstrækning, så ved vi ikke, hvornår de detekteres indenfor udstrækningen.

Eller gør vi? Har fotonen en "navle" som detekteres mere præcist, end fotonens udstrækning? Så vi dermed kan påstå, at fotonerne kan detekteres samtidigt?

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten