Primo esperimento di contestualità quantistica “senza scappatoie”

171Yb+ e 138Ba+, rispettivamente. Qui vengono mostrate solo le transizioni Raman rilevanti. (C) Trappola ionica nella camera ottagonale e diagramma schematico per fasci Raman. Due diversi tubi fotomoltiplicatori (PMT) con diverse risposte spettrali e filtri vengono utilizzati per rilevare indipendentemente la fluorescenza di due ioni, che si trovano nella parte superiore e inferiore della camera nel sistema sperimentale effettivo. Le frecce piene e tratteggiate indicano rispettivamente le direzioni e le polarizzazioni dei raggi laser a 532 e 355 nm. Nella figura, fYb e fBa sono rispettivamente le frequenze qubit di 171Yb+ e 138Ba+; fz = 1,67 MHz è la frequenza della modalità assiale fuori fase (OOP); e δ è il detuning del laser dalla banda laterale della modalità OOP, quando δ è zero, la transizione Raman è direttamente transizioni della banda laterale rossa e blu. Per il gate MS, δ dovrebbe corrispondere alla frequenza Rabi della banda laterale e determina la durata dell’interazione MS come 1/δ. δ = 22,0 kHz qui. (D) Frequenze dei modi vibrazionali di un singolo ione 171Yb+ e di un singolo 138Ba+. La modalità OOP assiale viene utilizzata per l’interazione Mølmer-Sørensen (MS). IP, modalità in fase. Credito: Avanzamenti scientifici (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abk1660″ width=”800″ height=”530″/>

Configurazione sperimentale.(A e B) sono i diagrammi del livello di energia di 171Yb+ e 138Ione Ba+, rispettivamente. Qui vengono mostrate solo le transizioni Raman rilevanti. (C) Trappola ionica nella camera ottagonale e diagramma schematico per fasci Raman. Due diversi tubi fotomoltiplicatori (PMT) con diverse risposte spettrali e filtri vengono utilizzati per rilevare indipendentemente la fluorescenza di due ioni, che si trovano nella parte superiore e inferiore della camera nel sistema sperimentale effettivo. Le frecce piene e tratteggiate indicano rispettivamente le direzioni e le polarizzazioni dei raggi laser a 532 e 355 nm. Nella figura, fYb e fba sono le frequenze qubit di 171Yb+ e 138Ba+, rispettivamente; Fz = 1,67 MHz è la frequenza della modalità axial out-of-phase (OOP); e δ è il detuning del laser dalla banda laterale della modalità OOP, quando δ è zero, la transizione Raman è direttamente transizioni della banda laterale rossa e blu. Per il gate MS, δ dovrebbe corrispondere alla frequenza Rabi della banda laterale e determina la durata dell’interazione MS come 1/δ. δ = 22,0 kHz qui. (D) Frequenze dei modi vibrazionali di un singolo 171Yb+ e un singolo 138ioni Ba+. La modalità OOP assiale viene utilizzata per l’interazione Mølmer-Sørensen (MS). IP, modalità in fase. Crediti: La scienza avanza (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abk1660

La contestualità è essenziale per spiegare la potenza dei computer quantistici e la sicurezza delle comunicazioni quantistiche. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista La scienza avanza.

“Per capire perché questo è interessante”, spiega Adán Cabello, “usiamo il seguente gioco. Sergio e Mario ci mostrano le mani, i pugni chiusi. Chiediamo loro di aprire una mano a testa per un momento. Solo uno. Controlliamo se il la mano contiene qualcosa o no. In ogni round del gioco, possiamo chiedere di aprire la stessa mano tutte le volte che vogliamo. Dopo aver giocato molti round, scopriamo che, in ogni round, la mano che Sergio ha aperto ha sempre qualcosa dentro o è sempre vuoto. E lo stesso vale per Mario. Se assumiamo che, in ogni round, Sergio e Mario hanno o non hanno qualcosa in ciascuna delle loro mani, si può dimostrare che la somma di determinate probabilità ha un limite. Se chiamiamo questa somma S, S non può essere maggiore di 2. Tuttavia, nel nostro esperimento, S è 2,5.” Com’è possibile?

“È possibile”, spiega il professore, “perché Sergio è uno ione itterbio e Mario è uno ione bario. Uno ione è un atomo caricato elettricamente. Nell’esperimento, i due ioni vengono catturati in una trappola e vengono utilizzati diversi laser per effettuano le misurazioni (in modo che aprano le mani). Nella fisica quantistica, i sistemi non hanno proprietà quando non vengono misurati: le proprietà sono relative alle misurazioni.”

“Questo esperimento è molto importante perché è la prima volta che, da un lato, le domande a Sergio non alterano le risposte di Mario e viceversa. D’altra parte, quando usano gli ioni, Sergio e Mario rispondono sempre. In altri esperimenti ( ad esempio con i fotoni) a volte non rispondono. Inoltre, possiamo ripetere le misurazioni nell’ordine che desideriamo. È un esperimento unico che ci consente di dimostrare che tutto accade esattamente come prevede la fisica quantistica”, afferma il professore dell’Università di Siviglia. “Il fatto che abbiamo un controllo così preciso su sistemi così sensibili mostra fino a che punto siamo arrivati”.

Il fenomeno mostrato nell’esperimento, che i fisici chiamano “contestualità”, è alla base del potere dei computer quantistici di risolvere problemi impossibili per i computer di oggi e della possibilità di ottenere comunicazioni sicure.


Riprese per la prima volta la misurazione quantitativa


Maggiori informazioni:
Pengfei wang, Test significativo senza scappatoie della contestualità di Kochen-Specker utilizzando due specie di ioni atomici, La scienza avanza (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abk1660. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk1660

Fornito dall’Università di Siviglia

Citazione: Primo esperimento di contestualità quantistica “senza scappatoie” (2022, 17 marzo) recuperato il 18 marzo 2022 da https://phys.org/news/2022-03-quantum-contextuality-loopholes.html

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