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量子力学

量子力学

Alice和Bob在没有转移单个光子的情况下沟通

16 Apr 2013
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无颗粒互动? Alice和Bob如何在没有转移物理粒子的情况下有“聊天”? (礼貌:John Richardson)

沙特阿拉伯的研究人员和美国表示,两个配备合适的光学器件的人原则上应该能够交换信息而不会转移一个光子。

这项工作基于以色列物理学家Avshalom Elitzur和Lev Vaidman于1993年被称为无互动测量的想法。这涉及使用光来检测物体的存在而不实际地弹出任何光子。 Elitzur和Vaidman认为光的波粒子二元性决定了阻碍干涉仪内部的两个路径中的一个的物体可以破坏该装置中的干扰图案,即使没有光子实际上与IT接触 - 随后通过实验证实的假设。去年的另一个研究人员使用了原理,为秘密信息的加密和解密创建量子机械编码的关键。

在最新工作中,来自阿卜杜勒齐国王城市科技(KACST)和德克萨斯州的科学家团队&M University(Tamu)旨在了解是否有可能使用无互动测量来传达实际消息而不是简单的键。这样做他们用了“quantum Zeno effect”,一种现象“看着水壶永远不会沸腾”。换句话说,对量子系统的重复测量防止该系统由于测量而被测量时的初始状态缩小而不断发展。

钻石图案

在Kacst-Tamu团队设计的系统的核心,是一系列高度反射束分路器。这个想法是,Alice将光子引导在第一分束器处,并且鲍勃具有放置在该装置后面的探测器,如果他希望尝试检测光子,他可以接触。随着检测器关闭光子,在反射和穿过分束器的叠加中存在,使其允许其在两个适当定位的镜子上撞击两个适当定位的镜子之后干扰自身。但随着探测器开启,光子’S的波段被迫崩溃,并且它只是两个路径之一。

Illustration showing the diamond loop set-up

第二分束器放置在两个路径相遇的点和鲍勃在该装置后面具有第二检测器。通过另外的两个镜子放置在相对于分束器和检测器的完全相同的位置,然后重复配置,结果是一系列菱形环。

使用这个设置鲍勃能够告诉爱丽丝,他所有的探测器都没有在自己和爱丽丝之间穿过任何光子。随着所有的探测器,ZENO效果进入了比赛和光子’S挥发性不断地折叠到相同的高概率状态 - 反射的一个 - 导致光子在Alice上的两个输出探测器中的一个中注册点击’S侧。相反,当所有探测器都关闭时,波段的重复自干扰导致它进化和最终状态反而触发了第二个Alice’s two detectors.

然而,有一个障碍。如果鲍勃只交换他更多远程探测器,那么光子’S的波段将进化到现在比鲍勃在鲍勃上更有可能更有可能的地步’装置的侧面。换句话说,机会是他会发现它,击败物体。为了克服这个问题,研究人员插入了一系列次级系列循环 - 每个都有分束器,探测器和两个镜子 - 在每个较大的循环内部,导致所谓的“链式量子Zeno效应”。这个想法是这些次级环绕在每个大环的末端的波芯,使得从未在任何鲍勃中找到光子的显着概率’s detectors.

无限环

如果物理粒子没有在发件人和接收器之间携带信息,那么什么是?
Hatim Salih,Abdulaziziz城市国王科技

根据研究人员,初级和次要环路的无限数量会保证光子总是触发Alice上正确的探测器’S侧,从未在鲍勃之一结束’S探测器 - 因此确保无颗粒通信。或者,它们计算出一些50个主环路和超过1000个次要环路来触发95%的时间。研究人员说,阐述了产生高级成功率所需的精确度所需的精确度,但他们能够设计一个更优雅的替代方案,包括一个初级和一个次要循环偏振并通过非常精确的定时偏移重新创建多个环路的效果。德克萨斯州苏惠Zubairy团队成员&米大学说,目前实验室技术的效率和稳定性应产生约70-80%的成功率。

这位团队的另一个团队,Kacst的Hatim Salih说,这一团体’由于没有物理信号,可以使用方法来进行安全通信。但鉴于该方法’■显着复杂,它可能无法吸引商业开发商。 SALIH也指出了球队’纸张没有主张 如何 信息旅行。“如果物理粒子没有在发件人和接收器之间携带信息,那么什么是?” he adds.

日内瓦大学的Nicolas Gisin说这项工作是“非常原创,非常聪明”并描述了非物理通信“very puzzling”。他说,一个主要的挑战将在量化的情况下,正如鲍勃实际上从鲍勃转移到爱丽角的多少光子或级分。

该研究将发布 物理评论信.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者