Brustålig kvantinformation och nyfunna kvantmekaniska effekter

Nya upptäckter om egenskaperna hos enstaka fotoner (ljuspartiklar) skulle kunna leda till en snabbare utveckling av kvantdatorer, och sex sammanflätade fotoner visar vägen till brustålig kvantinformation. Detta presenteras i en ny doktorsavhandling i fysik vid Stockholms universitet.

Kvantinformation är en ny vetenskapsgren som länkar ihop kvantfysik, informationsteori, telekommunikation, datavetenskap och flera andra vetenskapsgrenar. Inom kvantinformation används kvantmekaniska system för att lagra och behandla information. Kvantmekaniska partiklars speciella egenskaper utnyttjas där för effektivare och snabbare informationsbehandling och har även gett upphov till helt nya tillämpningar, såsom kvantteleportering och kvantkryptografi. I många av dessa tillämpningar har kvantmekanisk sammanflätning en nyckelroll. Sammanflätning kan beskrivas som att två partiklar påverkar varandra på ett sätt som förbinder deras öden. Det är då omöjligt att tänka sig den ena partikelns tillstånd oberoende av den andra. Tillsammans beskrivs de sammanflätade partiklarna av ett enda kvanttillstånd och om man utför en mätning på en av dem påverkas också den andra.

I sin avhandling visar Magnus Rådmark bland annat att ett så pass enkelt system som polarisationen av en enda foton kan ge upphov till icke-intuitiva egenskaper som länge trotts vara unika för två sammanflätade partiklar. Detta ifrågasätter uppfattningar om att sammanflätning skulle vara den karakteristiska egenskapen som skiljer kvantfysik från klassisk fysik. Dessa resultat medför att även relativt enkla kvantmekaniska system skulle kunna vara användbara i utvecklingen av kvantdatorer och kvantkommunikation.

En annan del av avhandlingen behandlar framställande och karakterisering av en klass av sammanflätade kvanttillstånd som är särskilt lämpliga för kvantkommunikation, så kallade invarianta tillstånd. Rådmarks arbete har här resulterat i världens mest högkvalitativa kvanttillstånd av sex sammanflätade partiklar. Kvanttillstånd är i allmänhet mycket sköra och förstörs lätt av brus, men invarianta tillstånd är mycket robusta och är helt immuna mot vissa typer av brus.

- Specifikt har vi genererat ett mycket högkvalitativt invariant tillstånd i sex sammanflätade fotoner, ett tillstånd som har potentiella tillämpningar inom kvantdatorer och inom kvantkommunikation och -kryptografi, säger Magnus Rådmark.

Exempelvis gör tillståndets invarians att det är immunt mot vissa typer av brus och det är därför särskilt lämpligt att använda för kommunikation av kvantinformation när man har dåliga ledningar eller saknar en gemensam referensram.

Avhandlingens namn: Photonic quantum information and experimental tests of foundations of quantum mechanics.
Avhandlingen finns att ladda ner som pdf på:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:su:diva-37464

Ytterligare information
Magnus Rådmark, Fysikum, Stockholms universitet, AlbaNova Universitetscentrum, tfn 08 - 55 37 87 04, 070-363 92 36, e-post radmark@fysik.su.se.

Vid Stockholms universitet pågår utbildning och forskning på högsta nivå. Universitetet deltar i regionala, nationella och internationella samarbeten, i debatt och i samhällsutveckling. Här är mer än 50 000 studenter och 6 000 medarbetare verksamma inom humaniora, juridik, naturvetenskap, samhällsvetenskap och lärarutbildning i en miljö där öppna sinnen möts och utvecklas. www.su.se