Neue Quanten Teilchen Berechnungen machen Wellen im Feld

Quantencomputer, sichere drahtlose Kommunikation und Fortschritte in der Quanten-Teleportation könnte näher an der Realität sein, jetzt, dass ein Team von Forschern entwickelt hat, eine effizientere Methode zur Messung der Wellenfunktionen, die das seltsame Verhalten der subatomaren Teilchen zu beschreiben.

Im Bereich des sehr kleinen kann ein Feld namens Quantenmechanik, Partikel an mehreren Orten gleichzeitig, ein Phänomen namens Überlagerung existieren. Um die große Anzahl von Positionen und Geschwindigkeiten haben ein Partikel kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt zu beschreiben, verwenden Physiker Wellenfunktionen, die im wesentlichen Wahrscheinlichkeit Gleichungen sind.

Quanten-computing und Quanten-Teleportation beide Vertrauen auf Partikel, die an mehreren Orten gleichzeitig vorhanden sind. Die Überlagerung der Partikel kann beispielsweise Computer Berechnungen durchführen und Informationen viel schneller als herkömmliche Computer übertragen. [Verrückte Physik: die coolsten Quantenteilchen erklärt]

Aber für Quanten-computing und Quanten-Teleportation zu arbeiten, benötigen sie beide große Systeme mit vielen Quantenteilchen, die interagieren, um viele Dimensionen zu erstellen. Die große mehrdimensionale Systeme Wellenfunktionen kompliziert haben, die die alte Methode ist nicht effizient genug, um zu messen, Mohammad Mirhosseini, ein Student an der University of Rochester und Erstautor auf dem Papier beschreibt die neue Technik, sagte Live Science. Die neue Methode macht es möglich, Wellenfunktionen viel schneller zu berechnen und könnte helfen Wissenschaftlern Quanten-Technologie weiter zu entwickeln.

Suche nach Wellenfunktionen

Zuvor war die einzige Möglichkeit, die Wellenfunktion eines Quantensystems zu berechnen, nehmen eine Vielzahl von Messungen und dann zu schätzen, eine Funktion oder Formel, dass alle Messungen Bestwert. Die alte Technik, genannt "direkte Messung," machte es möglich, die Wellenfunktion zu messen, durch schwach Messposition und Messung stark an Dynamik. Diese Technik eignet sich gut für kleine Systeme ohne viele Dimensionen, aber wenn ein System größer und größer wird, es immer schwieriger wird zu messen, sagte Mirhosseini.

Die neue Technik, genannt "komprimierte Direktmessung," verwendet eine Reihe von zufälligen Messungen der Position und Impuls von Teilchen in einem Quantenzustand. Dann findet ein Algorithmus die Wellenfunktion, die den wenigen Messungen am besten entspricht.

Die neue Technik ist 350 Mal schneller und benötigt nur 20 Prozent der Messungen, die die alte Technik erforderlich. Die Forscher testeten zuerst die Technik durch die Messung der Lichtteilchen in einem 192-dimensionalen Quantenzustand (Dimensionen werden erstellt, wenn viele Quantenteilchen verheddern). Die Wellenfunktion sie berechnet bewiesen genau, so dass beim nächsten nahmen sie auf einem riesigen 19.200-dimensionalen Zustand. Die Ergebnisse ergaben Wellenfunktionen mit 90-prozentiger Genauigkeit.

"Um zu reproduzieren unsere Ergebnis mit eine direkten Messung allein mehr als ein Jahr der Belichtungszeit erfordern würde," Seyed Mohammad Hashemi Rafsanjani, ein Student, der an dem Projekt gearbeitet, sagte in einer Erklärung. "Wir haben das Experiment in weniger als 48 Stunden." [Die 9 größten ungelösten Rätsel der Physik]

Quanten-tech

Kompression wird bereits in den digitalen Medien verwendet, um viele Informationen in kleinen Dateien packen. Z. B. MP3s sind komprimierte audio-Dateien und JPEG-Dateien sind komprimierte Bilder. Für digitale Bilder, je mehr Pixel, die erfasst werden, desto höher die Qualität des Bildes. Aber die meisten der Pixel sind nicht wirklich notwendig, um das Bild zu vervollständigen und sie können später rekonstruiert werden, um das Bild zu füllen. Die neue Technik schneidet, dass zusätzliche Schritt von unnötigen Daten zu erfassen.

"Anstatt nehmen viele Messungen und später komprimieren, diese Technik misst nur die wesentlichen Teile" Mirhosseinisaid.

Mirhosseinisaid komprimiert Direktmessung könnte in Quanten-computing wichtig sein. Regelmäßige Computer Griff "Informationseinheiten" vertreten von Einsen und Nullen ein Quantencomputers verarbeiten "Qubits" Informationen vertreten durch eine eins oder eine Null zur gleichen Zeit wie Quantenteilchen an mehreren Orten gleichzeitig sein können

Komprimierte Direktmessung wäre auch ein Schritt nach vorn bei der Forscher die Terahertz-Geschwindigkeit zu erreichen, die schwer fassbare bisher bei der Datenübertragung bewährt hat. Die unglaubliche Schnelligkeit kommt in Form von T-Strahlen der Terahertz-Strahlung. T-Strahlen fallen auf das elektromagnetische Spektrum zwischen Mikrowelle und Infrarot-Licht. Die meisten Materialien wie Papier und Kleidung können die Wellen durchlaufen; Diese Eigenschaft wird erläutert, warum Flughafen Sicherheitsscanner Terahertz-Strahlung verwenden. Aber die Wellen sind schwer zu erkennen und zu manipulieren, und Wissenschaftler haben Schwierigkeiten, die Nutzung in digitalen Medien nutzen.

Die Technik könnte auch hilfreich für banking-Security-Projekte und bei der Entwicklung von Quanten Schlüsselverteilung, Mirhosseinisaid sein. Quantum Key Distribution kann zwei Parteien einen geheimen Schlüssel zu erstellen, die, den nur sie verwenden können, um zu verschlüsseln und entschlüsseln von Nachrichten. Wenn jemand versucht, die Partikel in einem Quantenzustand zu messen, wird ihre Wellenfunktion reduziert. Das gleiche würde passieren, wenn ein Dritter versucht, Zugriff auf den Schlüssel zu bekommen: eine solche Klage eine Sicherheitsverletzung aufdecken würde.

"Quantum ist immer noch eine ziemlich neue Idee in der Technologie und ist immer noch eine aufstrebende Wissenschaft", sagte Mirhosseini.

Der Artikel wurde am 27. August in den Physical Review Letters veröffentlicht.

Folgen Sie Kelly Dickerson auf Twitter . Folgen Sie uns @livescience, Facebook & Google +.