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Präzision Quantums-Maß Erzielt mit Schwach-Maß Techniken

Published on October 5, 2012 at 3:53 AM

Wissenschaftler, die die ultra-kleine Welt von Atomen wissen studieren, dass es unmöglich ist, bestimmte simultane Maße zu machen und zum Beispiel den Einbauort und Impuls eines Elektrons herausfindet, mit einer willkürlich hohen Stufe der Präzision. Weil Maße die Anlage stören, führt erhöhte Sicherheit im ersten Maß zu erhöhte Ungewissheit in der zweiten.

University of Toronto-Quantumsoptikstudenten im aufbaustudium Dylan Mahler (L) und Lee Rozema (R) bereiten Paare der verwickelten Photonen vor, um die Störung zu studieren, welche die Photonen erfahren, nachdem sie gemessen sind. Die Paare sind ein Teil eines Teams, das den Grad an Präzision demonstrierte, der mit Schwachmaß Techniken erzielt werden kann und ein wieder--evaulation Heisenbergs des Ungewissheits-Prinzips verursachte. Kredit: Dylan Mahler, University of Toronto.

Die Mathematik dieses unintuitive Konzeptes - ein Stempel der Quantenmechanik - wurde zuerst vom berühmten Physiker Werner Heisenberg zu Beginn des 20. Jahrhunderts formuliert und wurde als das Heisenberg-Ungewissheits-Prinzip bekannt. Heisenberg und andere Wissenschaftler generalisierten später die Gleichungen, um eine tatsächliche Ungewissheit in den Eigenschaften von Quantumsanlagen, unabhängig davon Maße zu erfassen, aber das Ungewissheitsprinzip wird manchmal noch lose an Heisenbergs ursprünglichem Maßstörung Verhältnis angewendet. Jetzt haben Forscher von University of Toronto die die meisten direkter experimenteller Beweis erfasst, dass Heisenbergs ursprüngliche Formulierung falsch ist. Die Ergebnisse wurden online in den Zapfen Körperlichen Zusammenfassungs-Schreiben letzter Monat veröffentlicht und die Forscher stellen ihre Ergebnisse zum ersten Mal bei der Optischen Jahresversammlung (OSA) der Gesellschaft, Grenzen in den Optik (FiO) dar und finden in Rochester, N.Y. -18 Am 14. Oktober statt.

Das Toronto-Team montierte einen Apparat, um die Polarisation eines Paares verwickelter Photonen zu messen. Die verschiedenen Polarizationszustände eines Photons, wie des Einbauorts und des Impulses eines Elektrons, sind, was ergänzende physikalische Eigenschaften genannt werden und bedeuten sie, sind abhängig von dem generalisierten Heisenberg-Ungewissheits-Verhältnis. Das Hauptziel der Forscher war, mengenmäßig zu bestimmen, wie viel die Tat des Messens der Polarisation die Photonen störte, die sie taten, indem sie die hellen Partikel beide vor und nach dem Maß beobachteten. Jedoch wenn „, bevor Kies“ die Anlage störte, „nachdem Kies“ verdorben würde.

Die Forscher fanden eine Methode um diesen Quantum mechanischen Fang-22, indem sie Techniken von der Quantumsmaßtheorie verwendeten, um unschädliche flüchtige Blicke der Photonen zu schleichen, bevor ihre Polarisation gemessen wurde. „Wenn Sie sehr schwach auf Ihren Quantumspartikel einwirken, stören Sie ihn nicht sehr viel,“ erklärten Lee Rozema, ein Ph.D.-Kandidat in der Quantumsoptikforschung an University of Toronto und führenden Autor der Studie. Schwache Interaktionen können wie körnige Fotografien jedoch sein: sie erbringen sehr wenig Informationen über den Partikel. „Wenn Sie gerade ein einzelnes Maß nehmen, gibt es viele Geräusche in diesem Maß,“ sagte Rozema. „Aber, wenn Sie das Maß viele wiederholen, viele Male, können Sie Statistiken aufbauen und können den Durchschnitt betrachten.“

Indem das Vergleichen von Tausenden von „vor“ und „nach“ Ansichten der Photonen, die Forscher, deckte auf, dass ihre genauen Maße die Anlage viel weniger als vorausgesagt durch die ursprüngliche Heisenberg-Formel störten. Die Ergebnisse des Teams liefern den ersten direkten experimentellen Beweis, dass ein neues Maßstörung Verhältnis, mathematisch im Jahre 2003 berechnet vom Physiker Masanao Ozawa, an Nagoya-Universität in Japan genauer ist.

„Präzisionsquantumsmaß wird ein sehr wichtiges Thema, besonders auf den Gebieten wie Quantumskriptographie, in der wir auf die Tatsache, dass Maß die Anlage stört, um Informationen sicher zu übertragen,“ sagten Rozema bauen. „Im Wesentlichen, zeigt unser Experiment, dass wir in der Lage sind, genauere Maße zu machen und weniger Störung, als zu geben wir hatte vorher gedacht.“

Quelle: http://www.osa.org/

Last Update: 5. October 2012 08:55

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