Cookies op Tweakers

Tweakers maakt gebruik van cookies, onder andere om de website te analyseren, het gebruiksgemak te vergroten en advertenties te tonen. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Ga verder' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Wetenschappers teleporteren quantumtoestand van foton naar atoom en terug

Door , 77 reacties

Onderzoekers van verschillende universiteiten zijn erin geslaagd qubits op te slaan in atomen en weer terug te teleporteren naar fotonen. Versterkers voor quantumcommunicatie en quantumgeheugen zouden met de resultaten in het verschiet liggen.

Wetenschappers zijn erin geslaagd een quantumbit te bufferen tijdens het transport van een fotonqubit. De ontdekking zou het mogelijk maken herhalingsstations voor quantumoverdracht over lange afstanden en wellicht quantumgeheugen te realiseren. Voorheen slaagden onderzoekers er niet in de quantumtoestand van een qubit op te slaan en vervolgens weer uit te lezen zonder de informatie verloren te doen gaan. Een experiment voor quantumteleportatie van fotonqubit naar atomaire qubit en weer terug werd uitgevoerd door een team van medewerkers van de universiteiten van Heidelberg, Wenen en de Chinese Ustc.

Quantum computing qubitsDe quantuminformatie van een foton werd in het experiment overgebracht op een atoom dat als quantumopslag dienst deed, waarna het weer op een foton werd overgebracht. Zo zou het mogelijk moeten zijn een signaalversterker in een quantumoverdracht te bouwen. De quantumopslag bestond uit de collectieve spin van ongeveer twee miljoen iridiumatomen. De polarisatietoestand van een foton kon middels quantumverstrengeling worden overgebracht op de zeer koele iridiumatomen. De verstrengeling maakt de teleportatie van de quantumtoestand van een foton naar een atoom mogelijk, waardoor de verzameling iridiumatomen de toestand van het foton over konden nemen.

De wetenschappers wisten de quantumtoestand gedurende acht milliseconden vast te houden, uit te lezen en weer naar een foton over te brengen. Langer opslaan van de quantumtoestand was niet mogelijk, aangezien het aardmagnetisch veld en de beweging van de iridiumatomen, ondanks afscherming en extreme koeling, de coherentie van de informatie verstoort. Voorheen was het niet mogelijk de quantumtoestand van een qubit uit te lezen, zonder de informatie verloren te doen gaan. Wat de gevolgen voor quantumencryptie, dat op dit principe stoelt, zijn, is nog niet bekend. Het is echter aannemelijk dat, gezien de korte tijd en laag slagingspercentage waarin de informatie beschikbaar is, quantumencryptie niet eenvoudig gekraakt zal worden.

Door Willem de Moor

Redacteur componenten

26-01-2008 • 11:25

77 Linkedin Google+

Reacties (77)

Wijzig sortering
Ik heb maar wat beperkte kennis, quatum gedoe is meer wat voor natuurkundigen, en ik ben maar een student informatica aan Tu Delft dus heb er niet zoveel over gehad , natuurlijk komt het wel even aan de orde, maar het is voorlopig voor ons software engineers (is spe) nog een redelijke ver-van-ons-bed-show

Wat ik begrijp is dat in tegenstelling wat eerder niet mogelijk was, het nu gelukt is om een foton was een super position had over te brengen naar een atoom, die daar 8 miliseconden vast te houden, en vervolgens weer in dezelfde position uit te lezen.

Die is volgens mij heel kort het concept.

Wat eerder het geval was, dat als ze het foton weer probeerde uit te lezen het verviel naar zijn normale positie. Dit concept werd gebruikt in quamtum encryptie. Immers als zo'n foton onderweg onderschept zou worden, dan kon je zien dat deze uitgelezen was omdat deze niet meer in een superpositie was.

Ik hoop dat ik het allemaal goed zeg. Graag aanvulling als het niet (helemaal) klopt!

[Reactie gewijzigd door martijnvanegdom op 26 januari 2008 14:25]

Een superpositie (aan elkaar, zelfs in het Engels) is een vermenging van verschillende toestanden (superponeren: over elkaar plaatsen). Dit moet niet verward worden met positie in de betekenis locatie of plaats. :P

Het verval wat je noemt is van een vermenging van toestanden naar slechts één van die toestanden; een fysieke verplaatsing van het deeltje wordt niet bedoeld.

[Reactie gewijzigd door Ravek op 26 januari 2008 16:14]

superpositie is het verschijnsel dat kleine deeltje zich als deeltjes of als golf kunnen gedragen het frapante ervan is tijdens observatie gedraagt het zich als deeltje (anders produceerde een crt alleen ruis) en zonder observatie terug valt in superpositie min of meer overal tegelijkertijd tot er weer observatie plaats vind (electronenkanon/dubbele gleuf experiment)

In superpositie is niet en kan niet bekend zijn waar het deeltje zich bevind, in effect bevind het deeltje zich overal en in alle fasen tegelijk, pas bij observatie "beslist" het deeltje zich als deeltje te gedragen en dus ook maar 1 plek tegelijk kan innemen.

entanglement is als 2 deeltjes 'verbonden' zijn met mekaar, draai je bij wijze van spreken deeltje 1 naar links dan draait z'n entangled broerlief ook naar links ongeacht de fysieke afstand tussen de 2 deeltjes.

ps. ik ben geen kwantum natuurkundige, ik vind het reuze interessant maar veel verder dan bovenstaande gaat mijn begrip over de verschijnselen in de kwantum wereld ook niet.

maar misschien helpt bovenstaande ? anders is er veel te vinden op wiki en via google is ook veel uitleg in 'laymens terms' , zover dat kan met kwantum mechanica, te vinden.

er is een video 'cursus' einsteins relativiteitstheorie en de kwantumrevolutie voor niet-wetenschappers voor wie het kan vinden.
de eerste video heet "Time Travel, Tunneling, Tennis and Tea"
Gemaakt in samenwerking met de grote uni's in amerika en gepresenteerd door een professor natuurknde van middlebury college.
kan hem heel erg aanraden voor iedereen die een interesse in de wetenschap heeft maar geen echte opleiding er in heeft. (like me :p )

(Einstein's relativity theory and the quantum revolution for non scientists)
Quantummechanica is vrij eenvoudig juist. Optellen en aftrekken van integralen. De uitkomst daarvan voldoet meestal.

Om de daarop volgende vergelijking uit te rekenen.. Daar hebben mensen (en computers) problemen mee in grotere moleculen dan het H2+ ion.

Dit kort gezegt doordat iedere atoomkern/elektron interactie met alle andere heeft in het molecuul. Voeg daar 3 coördinaten per stuk aan toe en daar hebben we een joekel van een vergelijking. wiki weer eens, Schrödinger..

Er is meer.. (er is altijd meer. :) )
Inderdaad, dat gedeelte van de quantummechanica is niet het ingewikkeldste. Wat je doet is een waarschijnlijkheid in de ruimte berekenen voor de positie een deeltje/deeltjes en hoewel het enorm veel rekenkracht vereist (voor grote systemen) is het berekenen vrij simpel.
De implicaties echter van de golf-deeltje dualiteit zijn echter lastig te begrijpen. Vooral ook omdat je er onmogelijk een beeld bij kunt vormen. Hoe is het mogelijk dat een elektron om een atoom bijvoorbeeld alleen een kansverdeling is? Als je de positie wilt gaan bepalen, wordt deze pas 'gekozen' op het moment dat de meting daadwerkelijk wordt verricht, voor die tijd is het onmogelijk om over de positie van het deeltje te praten.
Het is erg makkelijk om volledig uit het oog te verliezen waar je in vredesnaam mee bezig bent door alle algebra. Eigenvectoren en eigenwaarden die toestanden van deeltjes beschrijven... Wat kun je daar mee?

Wat ik wil zeggen is dat het nogal kort door de bocht is om te zeggen dat Quantummechanica (of quantum physica) eenvoudig is. Ik wordt er al een paar jaar regelmatig mee geconfronteerd en het blijft iets ongelofelijk lastigs.
@ long, Luqueje;

Beter had ik inderdaad kunnen zeggen: Het begin en concept van QM is eenvoudig. Persoonlijk heb ik vooral problemen gehad met het visualiseren en de methode van SALC.

Daar moet ik wel bij vertellen dat het in mijn geval voornamelijk chemische bindingen ed betrof. Dus een stap in het oerwoud en daarop omdraaien. :+
Wel machtig interesant hoe belangrijk symetrien zijn op zo een laag niveau en ze terugwerken op stofeigenschappen.

@ mrOrPhie

Einstein poogde het ongelijk van QM aan te tonen zoals je quote. Je kan er van opaan dat doordat een slimme gast zoals hji er geen rekenkundige fout in vond, dat het ruwweg wel snor zit. Gezien ik minder slim ben dan hij en degenen die QM realiseerden, neem ik genoegen met het aannemen van de resultaten en proberen ze te begrijpen.
Er is nog steeds het probleem dat voor atomen met meer dan één electron de Schrödinger vergelijking geen exacte oplossing kent en alleen numeriek is te benaderen omdat vriend Heisenberg heeft gepostuleerd dat niet zowel de positie als de impuls van een deeltje gelijktijdig bekend kunnen zijn (je kunt alleen weten waar een deeltje is OF hoe snel het beweegt = onzekerheidsprincipe van Heisenberg). Omdat alle moleculen (behalve H2+ meer dan 1 electron bezitten krijgt de Schrödinger vergelijking een extra component voor de electronenrepulsie (gelijke ladingen stoten elkaar af). Als je dit combineert met Heisenbergs onzekerheidsrelatie kun je nooit met zekerheid vaststellen welk electron waar is en dus hoezeer ze elkaar afstoten. Dit probleem neemt ook nog eens exponentieel toe met het aantal electronen, waardoor nauwkeurige berekeningen aan grotere moleculen, of interacties tussen grotere aantallen atomen, zoals de hierboven genoemde twee miljoen iridiumatomen alleen maar te benaderen zijn, laat staan dat ze echt kunnen worden begrepen. Gelukkig voor de fysici neemt de rekenkracht van computers zeer snel toe waardoor er steeds betere benaderingen komen voor steeds complexere problemen. Een exacte benadering zal waarschijnlijk helaas nooit worden gevonden, tenzij iemand bewijst dat Heisenberg ongelijk heeft gehad of er een briljant wiskundige opstaat die er een oplossing op vindt...
Meen dat hij het grootste deel van zijn leven heeft gepoogd om de verschillende krachten in de natuur met elkaar in overeenstemmening te brengen (electromagnitisch, gravitatie, ...).

Uit het koppie: met de frase "god does not roll dice" ging hij in tegen theorieën van onzekerheid in de quatumfysica (Schroedinger / Bohr). De huidige theorie geeft Einstein ongelijk. Zoals ook met zijn gravitatieconstante het geval is. Faalhaas.
quantumfisica daadwerkelijk -snappen- (dus niet klakkeloos aannemen), is iets waar zelfs de beste natuurkundigen nog moeite mee hebben.
Heb nog steeds het vermoeden dat het allemaal niet zo lastig is, en dat de belabberde metaforen die de fysici gebruiken de reden zijn dat jan-met-de-pet het niet snapt. Het stelselmatig ombrengen van katten in hun gedachte-experimenten ondermijnt hun draagvlak nog verder.
Een poging op basis van eerdere Tweakers, WikiPedia en SciAm artikelen (geen enkele garantie gegeven op juistheid, ik ben geen natuurkundige):

Men kan een foton een 1 of een 0 of iets daartussenin (0,4535...) meegeven. Het foton heeft dan 1 qubit aan data. Echter, er is een beperking aan de afstand waarover ik dat ding kan versturen. Na minder dan 300 kilometer (omstreeks 300 kilometer ligt het huidige record voor zover ik weet) 'vervalt' dat foton zijn qubit (volgens mij door externe invloeden, maar niet zeker).
Stuur ik een qubit van Groningen naar Maastricht, dan is die 0,45... misschien onderweg wel in 0,63 veranderd, dus daar kan ik niet mee werken.
Zet ik nou in Zwolle en Nijmegen een 'versterker', dan lukt het me misschien wel.
Vraag is: Hoe maak ik zo'n versterker?

Tot nu toe was het zo, dat ik de waarde van het qubit niet kon uitlezen zonder deze te 'vernielen'. Lees ik hem in Zwolle uit, heb ik hem dus 'vernield', en kan ik hem niet meegeven aan een ander foton dat ik naar Nijmegen stuur.
Met deze nieuwe vinding echter, sla ik de qubit van het ene foton tijdelijk - voor maar 8 millisieconden - op in twee miljoen 'normale' atomen van een 'stofje' dat een beetje op lood lijkt. Die twee miljoen atomen samen bevatten dan dat éne qubit, afkomstig van het foton uit Groningen. Echter, doordat er energieuitwisseling is tussen mijn twee miljoen atomen en hun omgeving; alles 'trilt' als het ware, moet ik binnen 8 milliseconden het qubit weer uit die 2 miljoen atomen lezen, anders 'trilt' de info uit het qubit uit elkaar.
Men is erin geslaagd de info - de qubit dus - uit die twee miljoen atomen binnen 8msec naar een ander, 'nieuw' foton over te zetten. Dit foton is 'fris' en kan dan op weg van Zwolle naar Nijmegen. Daar doe ik nog een keer hetzelfde, en dan stuur ik hem naar Maastricht. Door zo door te gaan kan ik het qubit in stappen naar Madrid sturen, zonder dat onderweg de informatie - het qubit dus - uit elkaar trilt, omdat ik steeds een nieuwe foton pak.

De relatie met quantumgeheugen is wat lastiger (voor mij), volgens mij is het zo dat je die 2miljoen iridium-atomen kan zien als geheugen van '1 qubit' dat 8msec zijn waarde vasthoudt, dus binnen die tijd moet ik er iets mee doen. RAM-geheugen verliest zijn waarde als ik de stroom erafhaal, en dit 'qubitgeheugen' dus zowiezo binnen 8msec. Ben ik dus snel genoeg en gebruik ik 2x2miljoen atomen, kan ik misschien die twee qubits uit twee verschillende fotonen proberen 'op te tellen' en aan een derde foton meegeven.
Die aantrekking komt door de vervorming van ruimte-tijd en niet door een 'massa' van de foton. Fotonen hebben volgens het Standaard model geen massa. Zie: algemene relativiteit en het equivalentie principe.

http://en.wikipedia.org/wiki/Equivalence_principle
http://en.wikipedia.org/wiki/General_relativity

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.


Apple iPhone X Google Pixel 2 XL LG W7 Samsung Galaxy S8 Google Pixel 2 Sony Bravia A1 OLED Microsoft Xbox One X Apple iPhone 8

© 1998 - 2017 de Persgroep Online Services B.V. Tweakers vormt samen met o.a. Autotrack en Hardware.Info de Persgroep Online Services B.V. Hosting door True

*