Die Welt der Quantenphysik erlebt eine zweite Revolution, die einen exponentiellen Sprung im Fortschritt von Computer, Internet, Telekommunikation, Cybersicherheit und Biomedizin vorantreibt.
Quantum -Technologien ziehen immer mehr Schüler an, die Konzepte aus der subatomaren Welt – wie Quantenverstickung oder Quantenüberlagerung – kennenlernen möchten, um das innovative Potenzial der Quantenwissenschaft zu untersuchen.
Tatsächlich ist das Verständnis der nicht intuitiven Natur von Quantentechnologiekonzepten und der Anerkennung ihrer Relevanz für den technologischen Fortschritt eine der Herausforderungen von 2025, das das internationale Jahr der Quantenwissenschaft und -technologie durch UNESCO erklärt.
Jetzt hat ein Team der Fakultät für Physik der Universität von Barcelona neue experimentelle Ausrüstung entworfen, die es den Studenten ermöglicht, sich mit den komplexeren Konzepten der Quantenphysik vertraut zu machen.
Die Konfiguration, die sie präsentieren-nichts, kostengünstig und mit mehreren Anwendungsmethoden im Klassenzimmer-ist bereits im erweiterten Quantenlabor der Physik der UB-Fakultät des UB in Betrieb und könnte auch in weniger spezialisierten Zentren zugänglich sein.
Diese Innovation wird in einem Artikel vorgestellt veröffentlicht in der Zeitschrift EPJ Quantentechnologiedie sich aus einer Zusammenarbeit zwischen Professoren Bruno Juliá aus der Abteilung für Quantenphysik und Astrophysik und dem UB Institute of Cosmos Sciences (ICCub) ergibt; Martí Duocastella aus der Abteilung für angewandte Physik und des UB -Instituts für Nanowissenschaften und Nanotechnologie (IN2UB) und José M. Gómez vom Department of Electronic and Biomedical Engineering.
Es basiert auf dem Ergebnis von Raúl Lahoz ‚Master -Abschlussprojekt mit der Teilnahme von Experten Lidia Lozano und Adrià Brú.
Untersuchung von Phänomenen, die für die Quantenmechanik einzigartig sind
Die Quantenmechanik ermöglicht es, sogenannte verwickelte Systeme zu erstellen-zum Beispiel mit zwei Partikeln oder zwei Photonen, die sich nicht intuitiv verhalten.
1964 bewies der Physiker John S. Bell experimentell, dass die Vorhersagen der Quantenmechanik mit einer klassischen Beschreibung der Physik – einer Hypothese, die von Albert Einstein befürwortet worden war, völlig unvereinbar waren und die probabilistische Natur der Quantenmechanik konsolidierte.
Im Jahr 2022 erhielten die Wissenschaftler Alain Aspekt, John F. Clauser und Anton Zeilinger den Nobelpreis für Physik für wegweisende Experimente in Quanteninformationen zu verschränkten Photonen und die experimentelle Demonstration der Verstoß gegen die Ungleichungen von Bell.
Quantenverdünnung ist heute eine der grundlegenden Ressourcen, um die Entwicklung von Quantentechnologien (Quantencomputer, Datenverschlüsselung usw.) voranzutreiben.
„Die Untersuchung von Glockenungleichheiten – insbesondere die Beobachtung von Verstößen gegen die Ungleichheiten – ist von grundlegender Bedeutung für die Charakterisierung von quantenverzerrten Systemen. Es ist wichtig, diese Experimente in einem Lehrlabor durchzuführen, um die Ungleichheiten von Bell, die Quantenverdünnung und die Wahrscheinlichkeit der Wahrscheinlichkeit zu verstehen Quantenmechanik „, sagt Juliá.
Duocastella erklärt in dem Artikel, dass sie „neue experimentelle Ausrüstung entworfen haben, die den Schülern direkte Messungen der Quantenverstrickung liefern können. Aus unserer Sicht glauben wir, dass es den Schülern, diese Messungen vorzunehmen, ihr Verständnis dieses unintuitiven Phänomens erheblich erleichtern wird.“
Einführung der Schüler in fortschrittliche Tools
Das vom UB-Team entworfene System ermöglicht es, Glockenungleichheiten zu studieren und auch die volle zweifotonische Staatstomographie durchzuführen. Bei einer einfachen Operation kann es unterschiedliche quantenverzerrte Zustände vorbereiten.
Im Vergleich zu früheren Vorschlägen „hat die neue Ausrüstung den Photon-Kapitureprozess verbessert: Es verwendet Detektoren, die zu optischen Fasern zusammengestellt wurden, eine der wichtigsten Innovationen, um das Experiment zu vereinfachen, was die Ausrichtung des Systems erleichtert und die Effizienz der Erkennung erhöht. Daher kann eine vollständige Messung der Glockenungleichheiten während einer praktischen Laborsitzung (zwischen ein und zwei Stunden) durchgeführt werden „, sagen Sie Juliá und Duocastella.
Die Ergebnisse zeigen eine erfolgreiche Manipulation des Quantenzustands von Photonen und die Erreichung von Verwicklungszuständen mit hoher Flüchtling und erhebliche Verstöße gegen Glockenungleichheiten. Außerdem werden die Elemente des Systems in den aktuellen Quantentechnologien häufig eingesetzt, was den Kontakt der Schüler mit fortgeschrittener Instrumentierung erleichtert.
Diese Innovation, die bereits in Bachelor- und Master -Abschlusskursen angewendet wurde, hat von allen Studenten sehr positives Feedback erhalten. Im Bachelor -Abschluss in Physik können experimentelle Demonstrationen durchgeführt werden, um das Thema klassischer und quanteninformierter Theorie und Quantenmechanik zu ergänzen. Im Master -Gradkurs ist es eines der vier Experimente im Advanced Quantenlabor des Master -Abschlusses in Quantenwissenschaft und -technologien.
Weitere Informationen:
Raul Lahoz Sanz et al., Bachelor -Setup zur Messung der Glockenungleichheiten und der Durchführung der Quantenzustandstomographie, EPJ Quantentechnologie (2024). Doi: 10.1140/epjqt/s40507-024-00298-y