ในเดือนนี้นักวิทยาศาสตร์สามคนได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากผลงานของพวกเขา

ซึ่งพิสูจน์ให้เห็นถึงความเป็นจริงที่ขัดกับสัญชาตญาณแต่เป็นผลสืบเนื่องมากที่สุดแห่งหนึ่งของโลกควอนตัม พวกเขาแสดงให้เห็นว่าอนุภาคควอนตัมที่พันกันสองตัวต้องถือเป็นระบบเดียว – สถานะของพวกมันเชื่อมโยงกันอย่างไม่ลดละ – แม้ว่าอนุภาคจะถูกแยกจากกันด้วยระยะทางที่ไกล ในทางปฏิบัติ ปรากฏการณ์ “ไม่อยู่ในท้องถิ่น” นี้หมายความว่าระบบที่คุณมีอยู่ตรงหน้าอาจได้รับผลกระทบจากบางสิ่งที่อยู่ห่างออกไปหลายพันไมล์ในทันที

• บทความอื่น ๆ : harmonierognonaise.com

ความยุ่งเหยิงและการไม่อยู่ในท้องถิ่นช่วยให้นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์สร้างรหัสที่ถอดรหัสไม่ได้ ในเทคนิคที่เรียกว่าการกระจายคีย์ควอนตัมที่ไม่ขึ้นกับอุปกรณ์ อนุภาคคู่หนึ่งจะพันกันและกระจายไปยังคนสองคน คุณสมบัติที่ใช้ร่วมกันของอนุภาคในขณะนี้สามารถใช้เป็นรหัสได้ ซึ่งช่วยให้การสื่อสารปลอดภัยแม้จากคอมพิวเตอร์ควอนตัม ซึ่งเป็นเครื่องที่สามารถทำลายเทคนิคการเข้ารหัสแบบคลาสสิกได้

นามธรรมนำทางความคิดที่มีแนวโน้มในวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ เดินทางไปกับเราและเข้าร่วมการสนทนาดูทั้งหมดบล็อกนามธรรมแต่ทำไมหยุดที่สองอนุภาค? ในทางทฤษฎี ไม่มีการจำกัดจำนวนอนุภาคที่สามารถแบ่งสภาวะพัวพันกันได้ นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีได้จินตนาการถึงการเชื่อมต่อควอนตัมแบบสามทาง สี่ทาง หรือแม้แต่ 100 ทางเป็นเวลาหลายสิบปี ซึ่งเป็นสิ่งที่จะช่วยให้อินเทอร์เน็ตที่มีการป้องกันด้วยควอนตัมมีการกระจายอย่างเต็มที่ ขณะนี้ ห้องปฏิบัติการในประเทศจีนได้บรรลุสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นการพัวพันแบบ nonlocal ระหว่างอนุภาคสามตัวในคราวเดียว ซึ่งอาจช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของการเข้ารหัสด้วยควอนตัมและความเป็นไปได้สำหรับเครือข่ายควอนตัมโดยทั่วไป

Peter Bierhorstนักทฤษฎีข้อมูลควอนตัมแห่งมหาวิทยาลัยนิวออร์ลีนส์กล่าวว่า “การไม่อยู่ในท้องถิ่นแบบสองพรรคนั้นบ้าพอแล้ว” “แต่ปรากฎว่ากลศาสตร์ควอนตัมสามารถทำสิ่งต่าง ๆ ได้มากกว่านั้นเมื่อคุณมีสามฝ่าย”

นักฟิสิกส์ได้เข้าไปพัวพันกับอนุภาคมากกว่าสองอนุภาคก่อนหน้านี้ บันทึกอยู่ระหว่าง14 อนุภาคถึง15 ล้านล้านขึ้นอยู่กับว่าคุณถามใคร แต่สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงระยะทางสั้น ๆ ห่างกันมากที่สุดเพียงไม่กี่นิ้ว ในการทำให้การพัวพันแบบหลายฝ่ายมีประโยชน์สำหรับการเข้ารหัส นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องไปไกลกว่าการพัวพันแบบธรรมดาและแสดงให้เห็นถึงความไม่อยู่ในท้องถิ่น – “แถบสูงที่จะบรรลุ” Elie Wolfeนักทฤษฎีควอนตัมที่ Perimeter Institute for Theoretical Physics ในวอเตอร์ลู ประเทศแคนาดา กล่าว

กุญแจสำคัญในการพิสูจน์ nonlocality คือการทดสอบว่าคุณสมบัติของอนุภาคหนึ่งตรงกับคุณสมบัติของอีกอนุภาคหนึ่งหรือไม่ – จุดเด่นของการพัวพัน – เมื่อพวกเขาห่างกันมากพอที่จะไม่มีสิ่งอื่นใดที่สามารถทำให้เกิดผลกระทบได้ ตัวอย่างเช่น อนุภาคที่ยังคงอยู่ใกล้ร่างกายกับแฝดที่พันกันอาจปล่อยรังสีที่ส่งผลกระทบต่ออีกฝ่ายหนึ่ง แต่ถ้าพวกมันอยู่ห่างกันหนึ่งไมล์และวัดผลในทันทีทันใด ก็มีแนวโน้มว่าพวกมันจะเชื่อมโยงกันด้วยการพัวพันเท่านั้น ผู้ทดลองใช้ชุดสมการที่เรียกว่าความไม่เท่าเทียมกันของเบลล์เพื่อตัดคำอธิบายอื่นๆ ทั้งหมดสำหรับคุณสมบัติที่เชื่อมโยงกันของอนุภาค

ด้วยอนุภาค 3 ประการ กระบวนการพิสูจน์ว่าไม่อยู่ในท้องถิ่นมีความคล้ายคลึงกัน แต่มีความเป็นไปได้มากกว่าที่จะแยกแยะออก สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงความซับซ้อนของทั้งการวัดและห่วงทางคณิตศาสตร์ที่นักวิทยาศาสตร์ต้องข้ามผ่านเพื่อพิสูจน์ความสัมพันธ์ที่ไม่ใช่ท้องถิ่นของอนุภาคทั้งสาม Bierhorst กล่าวว่า “คุณต้องคิดหาวิธีที่สร้างสรรค์และมีเทคโนโลยีเพื่อสร้างสภาวะที่เหมาะสมในห้องปฏิบัติการ

ในผลงานที่ตีพิมพ์ในเดือนสิงหาคม ทีมงานในเมืองเหอเฟย ประเทศจีน ได้ก้าวกระโดดครั้งสำคัญ ประการแรก โดยการยิงเลเซอร์ผ่านคริสตัลชนิดพิเศษ พวกเขาพันโฟตอนสามตัวและวางไว้ในพื้นที่ต่างๆ ของศูนย์วิจัย โดยอยู่ห่างกันหลายร้อยเมตร จากนั้นพวกเขาก็วัดสมบัติสุ่มของโฟตอนแต่ละตัวพร้อมกัน นักวิจัยวิเคราะห์การวัดและพบว่าความสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคทั้งสามนั้นอธิบายได้ดีที่สุดโดย nonlocality ควอนตัมสามทาง เป็นการสาธิตที่ครอบคลุมมากที่สุดของการไม่อยู่ในท้องถิ่นสามทางจนถึงปัจจุบัน

Xuemei Gu ในชุดสีดำหน้าพื้นหลังสีเทาXuemei Gu ช่วยแสดงให้เห็นถึงการพัวพันของอนุภาคสามตัวได้รับความอนุเคราะห์จาก Xuemei Guในทางเทคนิค ยังมีโอกาสเล็กน้อยที่สิ่งอื่นทำให้เกิดผลลัพธ์ “เรายังมีช่องโหว่ที่เปิดอยู่” Xuemei Guหนึ่งในผู้เขียนหลักของการศึกษากล่าว แต่ด้วยการแยกอนุภาค พวกเขาสามารถแยกแยะคำอธิบายทางเลือกที่ชัดเจนที่สุดสำหรับข้อมูลของพวกมัน นั่นคือ ความใกล้ชิดทางกายภาพ

ผู้เขียนยังได้ใช้การทดลองของพวกเขากับคำจำกัดความใหม่ที่เข้มงวดกว่าของ nonlocality สามทางที่ได้รับแรงฉุดลากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ในขณะที่การทดลองที่ผ่านมาอนุญาตให้มีการทำงานร่วมกันระหว่างอุปกรณ์ที่วัดโฟตอน อุปกรณ์ทั้งสามของ Gu ไม่สามารถสื่อสารได้ Renato Rennerนักฟิสิกส์ควอนตัมจาก Swiss Federal Institute of Technology Zurich กล่าว (โดยใช้กระบวนทัศน์แบบเก่า ทีมงานชาวแคนาดาได้สาธิตการไม่อยู่ในพื้นที่สามทางในระยะไกลในปี 2014)

ตอนนี้นักวิจัยที่ทำตามคำจำกัดความใหม่ได้พัวพันอนุภาคที่ห่างไกลออกไปได้สำเร็จ พวกเขาสามารถมุ่งเน้นไปที่การขยายระยะทางให้ไกลยิ่งขึ้นSaikat Guhaนักทฤษฎีข้อมูลควอนตัมแห่งมหาวิทยาลัยแอริโซนากล่าวว่า “นี่เป็นก้าวย่างที่สำคัญในการทำการทดลองในระยะไกลและ ในวงกว้าง

โดยทางตรงที่สุด เทคโนโลยีนี้สามารถขับเคลื่อนการกระจายคีย์ควอนตัมที่กว้างขวางยิ่งขึ้น Renner กล่าว หากคุณใช้อนุภาคที่พันกันเป็นกุญแจสำคัญในการเข้ารหัส ความไม่เท่าเทียมกันของ Bell แบบเดียวกับที่นักฟิสิกส์ใช้ในการทดสอบการไม่อยู่ในตำแหน่งนั้นสามารถรับประกันได้ว่าความลับของคุณนั้นปลอดภัยอย่างสมบูรณ์ แม้ว่าอุปกรณ์ที่คุณใช้ส่งหรือรับข้อความจะถูกศัตรูตัวฉกาจฉกฉวยไปในทางประสงค์ร้าย พวกเขาก็จะไม่สามารถระบุควอนตัมคีย์ของคุณได้ ความลับเหล่านั้นอยู่ระหว่างคุณและใครก็ตามที่มีอนุภาคพันกัน