구조광 연구소(Structured Light Laboratory) 연구팀은 다음과 같이 말했습니다. 위트워터스랜드 대학교남아프리카공화국은 양자 얽힘과 관련하여 상당한 진전을 이루었습니다.
Andrew Forbes 교수가 이끄는 유명한 끈 과학자 Robert de Mello Koch와 공동으로 후저우대학교 중국에서 팀은 본질적인 특성을 변경하지 않고 양자 얽힌 입자를 조작하는 새로운 방법을 성공적으로 시연했습니다.
이 위업은 양자 얽힘에 대한 이해와 적용에 있어서 큰 진전을 나타냅니다.
양자 얽힘의 토폴로지
석사과정 학생이자 이번 연구의 주요 저자인 페드로 오르넬라스(Pedro Ornelas)는 “우리는 두 개의 동일한 광자를 얽히고 공통 파동 함수를 할당함으로써 이를 달성했습니다. 이 과정은 그들이 다음과 같이 간주될 때만 집단 구조 또는 토폴로지를 명확하게 만듭니다. 단일 개체.”
이 실험은 입자가 먼 거리에 떨어져 있어도 서로의 상태에 영향을 미치는 '원거리 유령 작용'이라고 불리는 양자 얽힘의 개념을 중심으로 진행됩니다.
토폴로지는 이러한 맥락에서 중요한 역할을 합니다. 이는 커피 컵과 도넛이 변하지 않는 단일 구멍으로 인해 위상학적으로 동일한 것처럼 특정 속성이 보존되도록 보장합니다.
“우리의 얽힌 광자는 비슷합니다.”라고 Forbes 교수는 설명합니다. “그들의 얽힘은 유연하지만 일부 속성은 일정하게 유지됩니다.”
이 연구에서는 특히 1980년대 Tony Skyrmion이 도입한 개념인 Skyrmion 토폴로지를 살펴봅니다. 이 시나리오에서 토폴로지는 천의 질감과 같이 처리 방법에 관계없이 변경되지 않는 일반적인 속성을 나타냅니다.
양자 얽힘의 응용
초기에 자성 물질, 액정 및 그에 상응하는 광학 물질에 대해 연구된 Skyrmions는 데이터 저장 기술의 안정성과 잠재력으로 인해 응집 물질 물리학에서 칭찬을 받았습니다.
Forbes는 “우리는 양자 얽힌 스카이미온을 통해 유사한 변형 효과를 달성하는 것을 목표로 합니다.”라고 덧붙입니다. 스커미온의 위치를 한 지점으로 제한했던 기존 연구와 달리, 이번 연구는 패러다임의 전환을 제시한다.
Ornelas는 다음과 같이 말합니다. “이제 우리는 전통적으로 로컬로 간주되었던 토폴로지가 실제로는 공간적으로 분리된 엔터티 간에 공유되는 비로컬일 수 있다는 것을 이해합니다.”
따라서 팀은 얽힌 상태에 대한 분류 시스템으로 토폴로지를 사용할 것을 제안합니다. 공동 연구자인 Ishaq Naib 박사는 이것을 뒤엉킨 상태의 알파벳에 비유합니다.
“우리가 구멍으로 필드와 도넛을 구별하는 것처럼, 우리의 양자 스커미온은 위상학적 특징에 따라 분류될 수 있습니다.”라고 그는 설명합니다.
핵심 아이디어 및 향후 연구
이 발견은 토폴로지를 양자 정보 처리 수단으로 사용하는 새로운 양자 통신 프로토콜의 문을 열어줍니다.
이러한 프로토콜은 특히 최소한의 얽힘으로 인해 기존 암호화 방법이 실패하는 시나리오에서 양자 시스템에서 정보가 인코딩되고 전송되는 방식에 혁명을 일으킬 수 있습니다.
결론은 이 연구의 중요성은 이를 현장에 적용할 수 있다는 점이다. 수십 년 동안 상호 연결된 상태를 유지하는 것은 주요 과제였습니다.
연구팀의 연구 결과에 따르면 얽힘이 붕괴되더라도 토폴로지는 그대로 유지되어 양자 시스템을 위한 새로운 암호화 메커니즘을 제공할 수 있습니다.
Forbes 교수는 다음과 같은 미래 지향적 성명으로 결론을 내렸습니다. “우리는 이제 새로운 프로토콜을 정의하고 비국소적 양자 상태의 광범위한 환경을 탐색할 준비가 되었습니다. 이는 양자 통신 및 정보 처리에 접근하는 방식에 혁명을 일으킬 수 있습니다.”
양자 얽힘에 대한 추가 정보
위에서 논의한 바와 같이, 양자 얽힘은 양자 물리학의 세계에서 매력적이고 복잡한 현상입니다.
입자 쌍 또는 그룹이 공간적 근접성을 생성, 상호 작용 또는 공유하는 물리적 프로세스로, 입자가 서로 분리되어 있는 경우에도 각 입자의 양자 상태가 다른 입자의 상태와 독립적으로 설명될 수 없습니다. 큰 거리. .
발견과 역사적 맥락
양자 얽힘은 1935년 Albert Einstein, Boris Podolsky 및 Nathan Rosen에 의해 처음으로 이론화되었습니다. 그들은 양자역학의 완전성에 도전하는 Einstein-Podolsky-Rosen(EPR) 역설을 제안했습니다.
아인슈타인은 얽힘을 “원거리에서의 으스스한 작용”이라고 언급한 것으로 유명하며, 입자들이 먼 거리에 걸쳐 순간적으로 서로 영향을 미칠 수 있다는 생각에 불편함을 표현했습니다.
양자 얽힘의 원리
양자 얽힘의 중심에는 중첩 개념이 있습니다. 양자역학에서 전자나 광자와 같은 입자는 중첩 상태로 존재합니다. 즉, 동시에 여러 상태에 있을 수 있습니다.
두 입자가 얽히면 서로 얼마나 멀리 떨어져 있는지에 관계없이 한 입자의 상태(스핀, 위치, 운동량 또는 분극)가 다른 입자의 상태와 즉각적으로 관련되는 방식으로 관련됩니다.
컴퓨팅과 통신의 양자 얽힘
양자 얽힘은 물리 법칙의 고전적 개념에 도전합니다. 빛의 속도보다 빠른 속도로 정보를 전달할 수 있다는 뜻인데, 이는 아인슈타인의 상대성 이론과 모순된다.
그러나 이것이 사용 가능한 정보가 즉시 전송된다는 의미는 아니며, 이는 인과관계에 위배됩니다. 오히려 그것은 양자 수준에서 뿌리 깊은 상호 연결성을 의미합니다.
양자 얽힘의 가장 흥미로운 응용 분야 중 하나는 양자 컴퓨팅 분야입니다. 양자 컴퓨터는 얽힌 상태를 사용하여 기존 컴퓨터가 달성할 수 없는 속도로 복잡한 계산을 수행합니다.
양자 통신에서 얽힘은 이론적으로 해킹에 면역인 양자 암호화 및 양자 키 배포와 같은 매우 안전한 통신 시스템을 개발하는 데 핵심입니다.
경험적 검증 및 현재 연구
이론적으로 시작된 이래로 양자 얽힘은 실험적으로 여러 번 입증되어 그 이상하고 직관에 반하는 특성을 강조했습니다.
가장 유명한 것은 벨 테스트 실험으로, 국부 숨은 변수 이론에 반대하고 양자 역학을 지지하는 중요한 증거를 제공했습니다.
간단히 말해서, 양자 역학의 초석인 양자 얽힘은 여전히 집중적인 연구와 논쟁의 주제로 남아 있습니다. 그것의 수수께끼 같은 성격은 물리적 세계에 대한 우리의 이해에 도전하고 잠재적으로 혁명적인 기술 발전의 길을 열어줍니다.
연구가 진행됨에 따라 우리는 이 이상한 현상을 보다 실용적으로 적용하여 양자 우주의 더 많은 비밀을 밝혀낼 수 있습니다.
전체 연구는 저널에 게재되었습니다. 자연 포토닉스.
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