A kvantumfizika egyik leghíresebb nyitott kérdését válaszolta meg genfi kollégájával Vértesi Tamás, az MTA Atomki kutatója. A Nature Communicationsben közölt eredményük újszerű kihívások elé állíthatja a kvantumoptikai információtovábbítás, így a kvantumszámítógép kutatóit.

„A kvantum-összefonódásnak kulcsszerepet tulajdonítanak a fizikusok, jelentőségét különböző területeken kimutatták" – ismertette kutatásait Vértesi Tamás, az MTA Atomki fizikusa. A kvantummechanika e tulajdonsága az egyik alapja például a kvantumszámítógép működési elvének. Lényege, hogy két mikroszkopikus részecske – bármilyen távol van is egymástól – fizikai állapota összekapcsolódik. Az egyik részecskén történt mérést vagy zavarást a másik részecske is azonnal érzékeli. Ezt az "azonnali" hatást hasznosítják a kvantumszámítógépek is, amelyek interferencia, vagyis azonos fáziskülönbségű hullámmozgás révén egyszerre több, megoldáshoz vezető utat tudnak párhuzamosan letapogatni. Így bizonyos területeken akár milliárdszor is gyorsabbak lehetnek a világ mai szuperszámítógépeinél.

Összefonódott kvantumállapot meglétén alapul a kvantumteleportáció[1] is. Segítségével például egy foton, vagyis a fény elemi részecskéjének kvantumállapotát tetszőleges helyre teleportálhatjuk anélkül, hogy a foton a két hely között bárhol megjelenne. "Az adattovábbítás szempontjából rendkívüli jelentőséggel bíró, érdekes jelenségről van szó, a kvantumteleportáció viszont csak összefonódott állapotú részecskepár jelenlétében valósulhat meg" – mondta Vértesi Tamás. Asher Peres fizikus, a kvantuminformatika úttörő kutatója, a kvantumteleportáció felfedezője már 1999-ben megfigyelte, hogy a fent említett mellett létezik egy másik, "láthatatlan" összefonódási állapot is. Erről azonban azt feltételezte, hogy kvantumteleportációra alkalmatlan, mert nem képes erős kapcsolatot, korrelációt létrehozni.

Ezt a feltételezést cáfolta meg a közelmúltban Vértesi Tamás, az MTA Atomki és Nicolas Brunner, a Genfi Egyetem kutatója, eredményüket a Nature Communications közölte. Vértesi Tamás elmondta, hogy felfedezésükkel a kvantuminformatika egyik legfontosabb nyitott problémáját oldották meg. "Peres sejtése a kvantummechanikai összefonódottság egyik leggyengébb formája és ennek természetbeli megjelenési aspektusa, ún. nemlokális természete között fogalmaz meg szoros kapcsolatot. Sikerült olyan ellenpéldát találnunk, amely megcáfolja Peres sejtését. Nevezetesen egy olyan láthatatlan, nem desztillálhatóan[2] összefonódott állapotot konstruáltunk, amely képes a klasszikus fizika által megengedett, lokális hatásoknál erősebb, úgynevezett nemlokális hatást előidézni" – fejtette ki a kutató. Korábbi cikkünket a nemlokális korrelációk terén elért kutatási eredményekről itt olvashatják (Kattintson ide... ).

Bár Peres sejtésének megcáfolása elsősorban elméleti jelentőségű, a jövőben mégis izgalmas kihívásokat jelenthet. "Ilyen kihívás például a felfedezésünk kvantumoptikai módszerekkel történő megvalósítása, mely akár a kvantumszámítógépek esetében is hasznosítható lehet" – fűzte hozzá Vértesi Tamás.

[1] Kvantumteleportáció: Teleportáción ebben az esetben nem a tudományos-fantasztikus irodalomból ismert jelenségre kell gondolnunk, amikor az egyik helyen eltűnik, a másik helyen pedig megjelenik valamilyen tárgy. Itt az információ közvetítésének különleges módjáról, kvantumállapotok egyik helyről a másikra történő átviteléről, „teleportációjáról" van szó.

[2] Kvantumdesztilláció: Az összefonódottság nincs mindig tiszta formában jelen a természetben. Olyan, mint az alkohol, ami benne van az erjedt gyümölcsben, viszont a jó minőségű pálinkához le kell párolni vagy más néven desztillálni. Az összefonódottság desztillációjának nevezzük azt az eljárást, amelynek révén modern kvantumoptikai módszerekkel lehetővé válik, hogy egy kevésbé összefonódottból egy tökéletesen összefonódott fotonpárt hozzunk létre.

Forrás: MTA Kattintson ide... / nature.com Kattintson ide...