"Gespenstische Aktion" heizt: Atome verstrickt bei Raumtemperatur


Die Welt des sehr kleinen bekomme ziemlich verrückte — Partikel können werden an mindestens zwei Orten gleichzeitig, und sogar verfangen, wobei Aktionen auf eine Einheit seinen Partnern über den Kosmos auswirken können. Physiker haben alle Arten von Aufzeichnungen beweisen die Existenz von sogenannten Quantenverschränkung gebrochen, und jetzt haben sie es wieder, Kupplung zusammen Tausende von Atomen bei Raumtemperatur getan.

Bisher konnte diese Atome nur bei Temperaturen kalt genug, um Helium zu verflüssigen gekoppelt werden.

Diese neue Errungenschaft eines Tages angewendet werden könnte damit empfindlicheren Magnetresonanz-Bildgebung (MRI) Scans, superpowerful Quanten-Computern und sogar unhackable Quantum Kommunikationsnetze unhackable durch alle bekannten aktuellen Technologien, sagen Forscher.

Ein fuzzy Ort

Die Quantenphysik erklärt wie alle bekannte Teilchen verhalten. Ein wesentliches Merkmal der Quantenphysik ist, dass das Universum eine fuzzy, surreale Ort auf der kleinsten Ebene wird. Beispielsweise gibt es Atome und weitere Bausteine des Kosmos tatsächlich in Staaten des Flusses bekannt als "Überlagerungen", was bedeutet, dass sie scheinbar in zwei oder mehr Orte auf einmal gefunden werden können. [Quantenphysik: die coolsten kleine Partikel in der Natur]

Eine Konsequenz der Quantenphysik ist Quantenverschränkung, wobei mehrere Partikel im wesentlichen einander sofort unabhängig beeinflussen können wie weit voneinander entfernt sind. Albert Einstein entlassen diese scheinbar unmögliche Verbindung als "gespenstische Fernwirkung", aber jahrzehntelange Experimente haben bewiesen, dass Verschränkung real ist.

Verschränkung als Grundlage des Quanten-Kommunikations-Netzwerke dienen kann, die theoretisch perfekt sicher gegen Lauscher sind, sagen Experten. Verschränkung ist auch der Schlüssel zur Quanten-computing, die Quantenbits oder "Qubits" abhängt, die können sowohl "auf" und "off" zur gleichen Zeit in ihrer Überlagerung Zustand, im Gegensatz zu regulären bits zugrunde liegenden konventionelle Elektronik, die nur ein- oder ausgeschaltet werden kann. Würden zwei Qubits in ihre Überlagerungszustand verstrickt werden, würde es bedeuten, es gäbe vier Bits im Wert von Speicher. Je mehr dieser Qubits Wissenschaftler können verwickeln, um unisono, die weitere Berechnungen zu arbeiten, wie ein Quantencomputer gleichzeitig ausgeführt werden kann. Im Prinzip zufolge frühere Untersuchungen ein Quantencomputer mit 300 Qubits Berechnungen könnten mehr im Handumdrehen als es Atome im Universum gibt.

Wissenschaftler wollen nicht nur mikroskopische Qubits machte nur wenige Teilchen, aber auch makroskopische Ensembles einer riesigen Zahl von Teilchen zu verwickeln. Makroskopische Ensembles können viel größer, mehr nachweisbar Signale beim Scannen als mikroskopische Qubits können generieren, sagte Co-Studienautor David Awschalom, Experimentalphysiker an der University of Chicago.

Jedoch kann Magnetismus oder Hitze leicht Verschränkung stören. Frühere Untersuchungen verwendet um makroskopische Ensembles zu verwickeln, super kalte Temperaturen von über minus 454 Grad Fahrenheit (minus 270 Grad Celsius) und riesige Magnetfelder stärker als bei konventionellen MRT-Untersuchungen verwendeten Art.

Große Dinge verwickelt

Jetzt haben Wissenschaftler makroskopischen Ensembles bei Raumtemperatur mit Hilfe von Magnetfeldern so schwach wie beim Kühlschrank-Magnete verstrickt. Darüber hinaus sagte sie diese Verstrickung in eine kommerzielle Halbleitermaterial routinemäßig verwendet, um Geräte wie LEDs erreicht, der Forscher in der neuen Studie.

"Fertigungstechniken, die bereits in der Industrie existieren für die Arbeit mit dieser Halbleiter verwendet werden können in Richtung Verschränkung Nutzbarmachung Geräte zu entwickeln," sagte Awschalom Leben Wissenschaft.

Die neue Technik verwendet Infrarot-Laser-Licht anstelle von eisigen Temperaturen zum Ausrichten der magnetischen Staaten von Tausenden von Elektronen und Atomkerne auf einem Wafer aus Silizium-Karbid, die häufig in Geräten der Halbleiterindustrie verwendet wird. Es nutzt dann elektromagnetische Impulse viel wie diejenigen in MRT-Aufnahmen verwendet, um die Teilchen in einem Raum zu verwickeln die Größe von 40 Kubikmeter μm oder etwa halb so groß wie ein normaler roter Blutkörperchen.

Eine mögliche Anwendung für diese neue Technik könnte Quantensensoren, die sensible, empfindliche Natur der Verschränkung übertreffen die Sensitivitätslimite herkömmlichen Sensoren, die Researcherssaid nutzen. Darüber hinaus ermöglicht diese neue Methode Raumtemperatur Verstrickung in Bio-freundliche Siliciumcarbid; Quanten-verschränkten Silizium-Karbid könnte im Rahmen des biologischen Sensoren in lebenden Organismen für mehr empfindlicher MRI-Scans verwendet werden.

"Wir freuen uns über Verschränkung erweitert Magnetic Resonance imaging Sonden, die wichtige biomedizinische Anwendungen haben könnten," Co-Autor Abram Falk zu studieren, eine Forschung Personal Memberat IBM Thomas J. Watson Research Center, sagte in einer Erklärung.

Die Wissenschaftler ihre Ergebnisse detailliert Online-20 November im Journal Wissenschaft Fortschritte.

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