Kvanttiohjaus – outo, ei-paikallinen ilmiö, joka muistuttaa kvanttikietoutumista – ei voida täydellisesti jäljitellä ohjattavan järjestelmän ja ulkoisen järjestelmän yhteistoiminnalla. Tämä uusi "ei kloonausta" -teoreema on tulosta kiinalaisten tutkijoiden työstä. He tutkivat tilannetta, joka syntyy, kun toinen kahdesta kvanttitilan jakavasta osapuolesta ei luota kvanttihiukkasten lähteeseen, jota käytetään tuon tilan luomiseen. Sen lisäksi, että löydös on tärkeä perusfysiikan kannalta, sillä voi olla vaikutuksia kvanttisalaukseen ja kvanttilaskentaan.
Perinteiset tietokoneet tallentavat tiedot "bitteinä", joiden arvo on joko 1 tai 0. Kvanttitietokoneet sitä vastoin tallentavat tietoa kaksitasoisiin kvanttijärjestelmiin, kuten fotonien vaaka- ja pystypolarisaatiotilat tai "spin up" ja " pyöriä alas" elektronien tiloja. Näiden kvanttibittien eli kubittien tilat eivät rajoitu nollaan ja 0:een; ne voivat esiintyä myös väliyhdistelmänä, joka tunnetaan superpositiona. Kvanttijärjestelmän täydellistä tilaa ei kuitenkaan voida koskaan täysin tuntea, mikä tarkoittaa, että kubittien täydellinen kopioiminen on kiellettyä. Tämä on niin kutsuttu "ei-kloonaus" -lause, ja se muodostaa kvanttisalauksen perustan.
Toinen tärkeä periaate on, että kaksi tai useampi kubitti voi sotkeutua, mikä tarkoittaa, että niillä on paljon läheisempi suhde kuin klassisen fysiikan sallii. Kun kaksi kubittia on sotkeutunut, toisen tilan mittaus kertoo automaattisesti toisen tilan riippumatta siitä, kuinka kaukana toisistaan ne ovat. Jos esimerkiksi tiedät yhden hiukkasen spinin, voit määrittää toisen hiukkasen spinin.
Albert Einstein piti tätä sotkeutumisen puolta huolestuttavana, koska se merkitsi, että kietoutuvat hiukkaset voisivat vaikuttaa toistensa tilaan ei-paikallisella tavalla – mitä hän kutsui "pelottavaksi toiminnaksi etäisyydellä". Vuonna 1935 julkaistussa artikkelissa hän ja hänen kollegansa Boris Podolsky ja Nathan Rosen vastustivat tätä ei-lokaalisuuden muotoa, ja se tuli tunnetuksi EPR-paradoksina heidän nimikirjaimiensa jälkeen. Myöhemmin tehdyt tutkimukset kuitenkin osoittivat, että heidän väitteensä on virheellinen: 2022 Nobelin fysiikan palkinto meni kokeellisten triolle, jotka edesmenneen teoreetikko John Stewart Bellin työhön pohjautuen osoittivat, että sotkeutuminen (ja siten epäpaikallisuus) on todellakin osa fyysistä maailmaamme.
"Kloonaamattomuuden periaate"
Kvanttikietoutuminen ei kuitenkaan ole ainoa epäpaikallisuuden muoto kvanttiteoriassa. Erwin Schrödinger esitteli ensimmäisenä toisen tyypin, joka tunnetaan nimellä kvanttiohjaus, EPR-paradoksin yleistyksenä. Kvanttikietoutumisessa kaksi kvanttitapahtumaan osallistuvaa osapuolta (tunnetaan perinteisesti nimellä Alice ja Bob) molemmat luottavat niiden tilojen luomiseen käytettyjen kvanttihiukkasten lähteeseen. Kvanttiohjaus tuo epäsymmetrian tähän kokoonpanoon: nyt vain yksi lähde (esimerkiksi Alicen) on luotettava. Tämä antaa Alicelle mahdollisuuden "ohjata" Bobin havainnoimien hiukkasten tilaa, mikä tarkoittaa, että hänen puolikkaalle kietoutuvan hiukkasparin mittaukset vaikuttavat Bobin puolikkaan tilaan tavalla, jota ei voida selittää klassisesti.
Uudessa työssä esitelty "ohjattava kloonaamattomuusperiaate" lisää ymmärrystämme tästä epäpaikallisuudesta. "Alkuperäinen ei-kloonauslause sanoo, että mikään fyysinen operaatio ei voi täydellisesti kopioida tuntematonta kvanttitilaa", selittää. Fu-Lin Zhang, joka johti tutkijaryhmää Tianjinin yliopiston fysiikan laitos ja Chernin matematiikan instituutti Nankain yliopistossa. "Havaintomme osoittaa, että kvanttiohjausta tunnetussa tilassa ei voida täydellisesti kopioida, jos tila on "liian kvantti".
Alain Aspect, John Clauser ja Anton Zeilinger voittivat vuoden 2022 fysiikan Nobelin
Tutkijat havaitsivat myös, että läheisesti sukua oleva kvanttikorrelaatio, nimeltään EPR-ohjaus, voidaan osittain kloonata. EPR-ohjausta on tiloissa, joilla kvanttiohjausta voidaan osoittaa vakuuttavasti, vaikka ohjattujen tilojen tarkkailija ei luottaisi mittaajaan. Siksi sitä voidaan pitää "vahvempana" kvanttiominaisuutena kuin kvanttiohjaus, Zhang selittää. "Kvanttitietotehtävissä Alicen ja Bobin välillä, jolle kolmas osapuoli, 'Charlie', hyökkää kloonauskonetta käyttäen, tuloksemme asettaa kynnykset Alicen ja Bobin väliselle EPR-ohjaukselle, jotta EPR-ohjaus ei voi tapahtua Alicen ja Charlien välillä", hän kertoo. Fysiikan maailma.
"Kvanttiohjauksen ei-kloonaus on seurausta kvantti-superpositiosta, samoin kuin alkuperäiset ei-kloonaus- ja no-go-lauseet", hän lisää, "ja todistuksemme perustuu niin sanottuun ei-lähetysteoreemaan, joka on laajennettu ei-kloonausjärjestelmä "sekoitetuista" tiloista (komposiittijärjestelmissä).
Tutkijat tutkivat nyt, kuinka "kvantiteetti" vaikuttaa muihin no-go-lauseisiin. "Tutkimme protokollia, joilla jaetaan ei-lokaliteettia ja muun tyyppistä kvanttitietoa useiden tarkkailijoiden kesken kvanttikloonauksen puitteissa", Zhang paljastaa. "Tällainen ei-lokalisuuden ja tiedon jakamisen aihe on kvanttitietotieteessä perustavanlaatuinen."
Työ on kuvattu yksityiskohtaisesti Kiinan fysiikan kirjeet.
