Physicists of the group of Prof. Anton Zeilinger at the Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI), the University of Vienna, and the Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) have, for the first time, demonstrated in an experiment that the decision whether two particles were in an entangled or in a separable quantum state can be made even after these particles have been measured and may no longer exist. Their results will be published this week in the journal “Nature Physics“.
Entangled States
According to the Austrian physicist Erwin Schrödinger, entanglement is the characteristic trait of quantum mechanics. In addition to its crucial role for the foundations of physics, entanglement is also a key resource for upcoming quantum information technologies such as quantum cryptography and quantum computation. Entangled particles exhibit correlations which are stronger and more intricate than those allowed by the laws of classical physics. If two particles are in an entangled quantum state, they have perfectly defined joint properties at the expense of losing their individual properties. This is like having two dice which have no orientation until they are subject to measurement, upon which they certainly show the same (random) side up. In contrast, so-called separable quantum states allow for a classical description, because every particle has well-defined properties on its own. Two dice, each one of them with its own well-defined orientation, are in a separable state. Now, one would think that at least the nature of the quantum state must be an objective fact of reality. Either the dice are entangled or not. Zeilinger’s team has now demonstrated in an experiment that this is not always the case.Exciting realization of a “Gedankenexperiment”
The authors experimentally realized a “Gedankenexperiment” called “delayed-choice entanglement swapping”, formulated by Asher Peres in the year 2000. Two pairs of entangled photons are produced, and one photon from each pair is sent to a party called Victor. Of the two remaining photons, one photon is sent to the party Alice and one is sent to the party Bob. Victor can now choose between two kinds of measurements. If he decides to measure his two photons in a way such that they are forced to be in an entangled state, then also Alice’s and Bob’s photon pair becomes entangled. If Victor chooses to measure his particles individually, Alice’s and Bob’s photon pair ends up in a separable state. Modern quantum optics technology allowed the team to delay Victor’s choice and measurement with respect to the measurements which Alice and Bob perform on their photons. “We found that whether Alice’s and Bob’s photons are entangled and show quantum correlations or are separable and show classical correlations can be decided after they have been measured”, explains Xiao-song Ma, lead author of the study.According to the famous words of Albert Einstein, the effects of quantum entanglement appear as “spooky action at a distance”. The recent experiment has gone one remarkable step further. “Within a naïve classical word view, quantum mechanics can even mimic an influence of future actions on past events“, says Anton Zeilinger.
Publication in “Nature Physics“:
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I fisici del gruppo del Prof. Anton Zeilinger presso l'Istituto di Ottica quantistica e Quantum Information (IQOQI), l'Università di Vienna, Vienna e il Centro per Quantum Science and Technology (VCQ) hanno, per la prima volta, ha dimostrato in un esperimento che la decisione se due particelle erano in uno o impigliato in uno stato quantico separabile può essere fatta anche dopo queste particelle sono state misurate e non può più esistere. I loro risultati saranno pubblicati questa settimana sulla rivista "Nature Physics".Stati entangled
Secondo il fisico austriaco Erwin Schrödinger, entanglement è il tratto caratteristico della meccanica quantistica. In aggiunta al suo ruolo fondamentale per i fondamenti della fisica, entanglement è anche una risorsa fondamentale per le prossime tecnologie dell'informazione quantistica, come la crittografia quantistica e computazione quantistica. Particelle correlate mostrano correlazioni che sono più forti e più complessa rispetto a quelli consentiti dalle leggi della fisica classica. Se due particelle sono in uno stato di entanglement quantistico, sono perfettamente definita proprietà comuni a scapito di perdere le loro proprietà individuali. Questo è come avere due dadi che non hanno orientamento finché sono oggetto di misurazione, su cui certamente mostrano la stessa (casuale) verso l'alto. Al contrario, i cosiddetti separabile stati quantici consentire una descrizione classica, perché ogni particella ha proprietà ben definite sulla sua propria. Due dadi, ognuno dei quali con un proprio ben definito orientamento, sono in uno stato separabile. Ora, si potrebbe pensare che almeno la natura dello stato quantico deve essere un fatto oggettivo della realtà. Sia i dadi sono impigliati o meno. Squadra Zeilinger ha ora dimostrato in un esperimento che questo non è sempre il caso.Eccitante la realizzazione di un "Gedankenexperiment"
Gli autori hanno realizzato sperimentalmente un "Gedankenexperiment" chiamata "scelta ritardata entanglement swapping", formulata da Asher Peres nel 2000. Due coppie di fotoni vengono prodotti, e un fotone di ciascuna coppia viene inviato ad una parte chiamata Victor. Dei restanti due fotoni, un fotone viene inviato al Alice parte e uno viene inviato al Bob partito. Victor possono ora scegliere tra due tipi di misurazioni. Se decide di misurare i suoi due fotoni in modo tale che essi sono costretti a essere in uno stato entangled, poi anche Alice e una coppia di fotoni entangled Bob diventa. Se Victor sceglie di misurare le particelle singolarmente, Alice e una coppia di fotoni di Bob finisce in uno stato separabile. Ottica quantistica moderna tecnologia ha permesso al team di ritardare la scelta di Victor e di misura per quanto riguarda le misure che Alice e Bob eseguire su di loro fotoni. "Abbiamo scoperto che se Alice e Bob sono fotoni entangled e mostrano correlazioni quantistiche o sono separabili e mostrano correlazioni classiche può essere decisa dopo che sono stati misurati", spiega Xiao-song Ma, autore principale dello studio.
Secondo le famose parole di Albert Einstein, gli effetti di entanglement quantistico appaiono come "azione spettrale a distanza". L'esperimento recente ha fatto un notevole passo ulteriore. "All'interno di una visione ingenua parola classica, meccanica quantistica può anche simulare una influenza di azioni future sugli eventi passati", dice Anton Zeilinger.
Pubblicazione in "Nature Physics":
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