Quantum entanglement visualized for the first time ever
宇宙を最小のスケールで記述する科学の領域である量子物理学は、日常のスケールですべての物理法則に逆らうように見える直感に反する現象で知られています。
の側面は、たとえ2つの粒子が宇宙の反対側にあるとしても、ような方法で2つの粒子が接続できるという考えである絡み合いほど驚くべきものや厄介なものはありません。アルバート・アインシュタインが絡み合いを「遠くでの不気味な行動」と表現するのに十分なほど悩ませた「インスタント」という言葉です。
それは、特殊相対性理論を開発する際に、アインシュタインが、宇宙には情報の伝達のための制限速度（真空中の光の速度）が設定されているという概念を導入したからです。粒子間の相互作用の瞬間的な性質は、光よりも速く機能するようです。それでも、「不気味」であるかもしれませんが、その始まりから約100年の間に、絡み合いは宇宙の本当の側面であることが証明されています。
新しい開発は、量子絡み合いの「現実性」をさらに固めるのに役立つだろう。オタワ大学とローマのサピエンツァ大学の研究者チームは、絡み合った光子のペア、つまり光の粒子を視覚化できる新しい技術を実証しました。より正確には、科学者がNature Photonicsに掲載されで明らかにし、説明していることは、この量子システムの波動関数です。
「私たちの文脈では、波動関数は量子システムの状態の空間的に解決された仕様と呼んでいます。オタワ大学のポスドクフェローであるアレッシオ・デリコは、「関心のある量子システムについて私たちが知ることができるすべてを教えてくれます。「より正確には、波動関数により、測定結果の確率を計算することができます。
「2つの絡み合った光子の場合、波動関数を知ることで、同時に1つの粒子がポイントAで、もう1つの粒子がポイントBで発見される確率がわかります。」
絡み合いとホログラフィー
D'Erricoは、チームの仕事はデジタルホログラフィーの技術に基づいていると説明しました。これは、散乱光から3Dオブジェクトの形状を取得し、レーザービームの位相を再構築するために一般的に使用されるプロセスです。
このようなホログラフィック技術は、光を波としてモデル化できるという事実に依存しており、2つの波が重なり合って「位相」であるとき、ピークがピークを意味するか、谷が谷が出会う場合、波のこの特徴が増幅されます。これは建設的干渉と呼ばれる現象です。
しかし、光波が位相から外れ、ピークが谷に出会い、特徴が互いに打ち消すとき、これは、予想通り、おそらく破壊的な干渉と呼ばれます。
2つの光波（1つは既知（基準波）、もう1つは未知）の重なりから生じる推論パターンは、未知の波に関する情報を提供し、再構築することができます。これは、ホログラフィック技術が2D画像から3Dオブジェクトを再構築できることを意味します。チームは、2つの絡み合った光子の状態を再構築する問題を解決するために、デジタルホログラフィーの技術を拡張しました。
「私たちのアイデアは、たった2つの絡み合った光子から作られた「波」の位相と強度を理解する方法を見つけることでした。これを行うには、適切な基準波が必要であることに気付きました。最良のものは、もちろん、完全に知っていると仮定しなければならない別の2光子状態です」とD'Erricoは言いました。「この基準波は、よく研究された標準的なソースから得ることができます。次のステップは、測定段階で、各光子がどの光源から来ているかがわからないような方法で、2つの波を重ね合わせることです。
チームは、未知のソースに関する情報は、重なった2つの波の強度分布でエンコードされていないが、偶然の一致の分布でロックされていることを発見しました。
「偶然の画像は、光子のペアが検出器のどこに同時に到着するかを教えてくれます」とD'Erricoは付け加えました。「分析は、各ピクセルが検出されたイベントの数だけでなく、1000000000分の1秒（ナノ秒）の解像度で到着時間を追跡できる新しいカメラ技術によって許可されました。これは「偶然」光子を検出するのに十分です。」
これらの絡み合った光子の波動関数の結果的なイメージは、中国文化で相互接続された力の概念を表す陰と陽のシンボルを強く彷彿とさせます。しかし、この作品は単なる美学よりもはるかに価値があります。また、波動関数や絡み合いに依存する量子コンピュータのような量子技術にも影響します。
「2つ以上の粒子の状態の生成と変換に基づく量子技術は、最終状態の波動関数を測定することによってテストする必要があります」とD'Erricoは結論付けました。「この技術は、古典的な光学系の解像度の限界を超える新しいイメージング技術を刺激する可能性もあります。」
参照：ジア。D.、デガン。N.、D'Errico。A.、他、空間バイフォトン状態の振幅と位相の干渉イメージング、Nature Photonics、（2023）、DOI：10.1038/s41566–023–01272–3
特徴画像クレジット：バイフォトン状態のホログラフィック復元。ネイチャーフォトニクス（2023）。DOI：10.1038/s41566-023-01272-3
0 件のコメント:
コメントを投稿