Kahe Žürichi ülikooli teadlased on leidnud viisi Heisenbergi määramatuse printsiibist kõrvale hiilida võttes abiks teise intuitiivsust trotsiva kvantmaailma poolt võimaldatava abivahendi – kvantmälu.
Kvantosakesi on raske hoomata, kuna kõiki nende omadusi ei saa lihtsalt korraga mõõta. Kindlad parameetrite paare nagu näiteks nende asukohta ja impulssi saab mõõta ainult nii täpselt, kui Heisenbergi määramatuse printsiip seda lubab. Kvantmaailma veidrustest hakkab aga järjest rohkem ka tavaelus kasu olema. Näiteks kvantkrüptograafia turvalisuses, kus informatsiooni saadetakse ühest punktist teise erinevate kvantolekute kaudu, nagu seda on valguseosakeste polarisatsioon.
Shrödingeri kasse kasutavad arvutid teevad Heisenbergile ära?
Zürichi Ludwig-Maximiliani ülikooli (LMU) ja Eidgenössische tehnikaülikooli (ETH) teadlastest koosneva grupi uute tulemuste kohaselt saab osakese positsiooni ja impulssi märksa täpsemalt ette ennustada kui seni arvatud. Rohkem kui Heisenbergi määramatuse printsiip seda lubaks. Aga ainult ühel tingimusel – vastuvõtja peab kasutama informatsiooni saamiseks kvantmälu, mis koosneb üksikutest ioonidest või aatomitest.
Uurimustöö kohaselt sõltub määramatuse suurus kvantmälu ja kvantosakese vahelisest korrelatsioonist ehk põimumisest. “Tulemused ei paranda mitte ainult meie arusaamist kvantmälust üldiselt, vaid annab ka meile meetodi kahe kvantosake seotuse astme kindlaks tegemiseks. Lisaks võib meie vaadeldud süsteem anda võimaluse kvantkrüptograafiliste süsteemide turvalisuse kontrollimiseks,” ütles Matthias Christandl LMU-st.
Kvantarvutid ei tööta sugugi mitte nagu tavalised arvutid, mis kasutavad oma töös bitte, mille olek saab olla ‘1’ ja ‘0.’ Kvantbitid võivad võtta ükskõik millise oleku 1 ja 0 superpositsioonis. See tähendab, et nad saavad olla korraga mitmes erinevas kvantmehaaniliste osakeste olekus. Just superpositsiooni olekute ära kasutamise võimalus muudabki kvantarvutid nii võimsaks. “Meie eesmärgiks oli kindlaks teha, kuidas kvantmälusid tulevikus kasutada saab ning kuidas need mõjutavad kvantbittide ülekandeid,” selgitas Christandl.
Heisenbergi määramatuse printsiip mängib kvantarvutustes keskset rolli, kuna seab kvantoleku kindlaks tegemise täpsusele kindla piiri. Kvantmehaanika kohaselt võib osakese olekut häirida pelgalt selle ühe parameetri mõõtmine. Kui näiteks mõõta osakese asukohta lõputult täpselt, oleks selle edasine impulsi poolt määratud liikumisteekond täielik mõistatus.
Kvantkrüptograafias leiab ebameeldivana tunduv efekt aga rakendust. Näiteks sidudes omavahel kaks kvantosakest nii, et ühe osakese omaduse mõõtmine annab teatud väärtuse, mis sõltub omakorda teise osakese olekust. Siis saab igasugust nuhkimist ja spionaaži väga edukalt vältida, kuna igasugune mõõtmine või informatsiooni lugemine muudab mõõdetud süsteemi olekut.
LMU ja ETH teadlased näitasid nüüd, et kvantosake mõõtmised on tunduvalt täpsemad, kui kasutada selleks kvantmälu. Samuti tuletasid nad valemi Heisenbergi printsiibi jaoks, mis võtab arvesse ka kvantmälu erilisi omadusi. Juhul kui on tegu on väga tugevas korrelatsioonis olevate seotud kvantosakestega, võib määramatus kaduda. Sarnase olukorra võib leida boheemlasest kirjaniku laua puhul, kus paberid võivad paikneda kõrvalseisa jaoks täiesti juhuslikult. Ent kirjaniku enda jaoks on olemas kindel süsteem.
Kvantmälu annab võimaluse kontrollida ka kvantkrüptograafia turvalisust. Võib ette kujutada pilti, kus isik B saadab isikule A osakese, misjärel A seda mõõdab, tekitades osakese olekus määramatuse. Ilma kvantmäluta oleks B plindris, kui ta tahaks uuesti algset osakese omadust mõõta. “Kui aga B kasutab kvantmälu, saab ta õige väärtuse ja võidabki mängu,” selgitas Christandl.
Allikas:
PhysOrg: “More accurate than Heisenberg allows? Uncertainty in the presence of a quantum memory.”
Artikli kokkuvõte ajakirjas Nature