광자는 기본 입자 중 가장 익숙한 것일 수 있습니다. 빛의 속도로 여행하면서,입자는 태양,달,별에서 매일 우리를 포격합니다. 세기 이상,과학자 및 엔지니어들은 무력화에서 그들을 집계를 밝히는 우리의 도시는 지금,우리의 화면이 있습니다.오늘날 연구자들은 이전보다 더 기교로 광자를 제어 할 수 있습니다. 메릴랜드의 Nist(National Institute of Standards And Technology)에서 물리학 자 Paulina Kuo 는 광자를 개별적으로 생성하고 조작합니다., 그녀의 실험실에서 레이저 빛으로 맞춤 설계된 결정을 조명함으로써 Kuo 는 트윈 광자를 생성하여 단일 광자로 더 분리 할 수 있습니다. 감독으로 그들을 특정 재료 흡수를 입자를 생산하는 광자의 서로 다른 색,그 효과적으로의 색상을 변경 광자는 동안 보관하는 정보를 인코딩된다.

예를 들어,그녀는 설계의 크리스탈을 두 번의 주파수를 입력 광자,사용환 사이에 빨간하고 적외선 빛입니다. “두 개의 광자를 함께 융합하거나 하나의 광자를 두 개로 나눌 수 있습니다.”라고 그녀는 말합니다., “또는 더 높은 주문 프로세스. 3 개의 광자를 하나로 융합하거나 하나의 광자를 3 개로 분할 할 수 있습니다.”이러한 기술을 보완하면서 그녀는 단일 광자를 흡수 할 때 비전도가되는 초전도 와이어로 만들어진 최첨단 단일 광자 검출기를 사용합니다. 이러한 유형의 탐지기는 매우 정확한 카운트를 제공하여 최대 99%의 효율로 광자를 감지합니다.

이 single-photon 기술은 형태의 근간이 미래의 양자 인터넷,제안된 글로벌 네트워크는 장치의 데이터를 전송하기 위한 인코딩에서 하나의 광양자 및 다른 양자 입자입니다., 이 데이터는 광자의 편광과 같은 입자의 양자 특성으로 표현 될 것입니다. 과는 달리 고전적인 데이터 수 있는 것만으로 표현 0 또는 1 라 불리는 양자 정보에는 값을 가중의 조합은 0 과 1 할 수 있는 새로운 가능성이 더 강력한 계산 알고리즘과 새로운 암호화 프로토콜.

신호 손실 문제와 같은 양자 인터넷에 대한 엔지니어링 과제가 풍부하다고 Kuo 는 말합니다. 그러나 연구원-그리고 그들의 정부-는 야심 찬 계획을 세웠다., 2016 년 유럽 연합은 10 억 유로의 양자 기술 이니셔티브를 시작했습니다. 이 월,미국에 설립된 다섯 양자 연구 센터를 가속화하기 위해 양자기술 개발까지$625 백만 약속을 통해 다음습니다. 물리학 팬건-웨이,누가 주도 2016 년의 시작은$100 백만 중국 양자기술 위성하고 그 이후의 프로젝트는 설명하는 건물의 목표는 글로벌 양에 의하여 인터넷 2030.,

많은 전문가들은 불리는 현 시대의 광양자 기술로”두 번째 quantum revolution,”패러다임의 변화 과학자들이 단지 이해 직관적 원리의 양자 역학—얽힘,중첩 및 wave-particle duality—만을 악용할 수 있습니다 그들에게서 기술입니다. 광자는 더 이상 단지 연구 대상이 아니라 도구입니다.

그렇다면 광자는 무엇입니까? Kuo 는 순환 응답을 제공합니다. “광자는 단일 광자 해결 검출기에 의해 등록 된 클릭입니다.”라고 그녀는 말합니다.

Kuo’s 보다 Vaguer 단어는 광자를 설명하는 데 사용되었습니다., 그것은 파동과 빛의 입자이거나 전자기장의 양자화입니다. 또는 양자 역학에 대해 의아해하는 사람에게 친숙한 문구 인”닥치고 계산하십시오.”NIST 의 물리학 자 Alan Migdall 은”광자에 너무 많은 현실을 주면 곤경에 빠질 수 있습니다.토론토 대학의 물리학 자 Aephraim Steinberg 는”사람들은 100 플러스 년 동안 그것에 대해 논쟁 해왔다. “나는 우리가 합의에 도달했다고 생각하지 않는다.”

물리학 자들은 광자를 발견하자마자 광자에 대해 논쟁하기 시작했다., 입자를 생각한 바로 그 과학자들은 근본적으로 자연에 존재한다는 것에 회의적이었습니다. 설명 그렇지 않으면 혼란이 실험 데이터에 대한 관계의 개체의 온도를 방출된 방사선,1900 년에 최대 Planck 독일 물리학자 제의 방사선에서 온 이산량,또는 퀀텀. 광자의 개념이 탄생했습니다. 그러나 플랑크는 그의 아이디어의 풍부함을 이해하지 못했습니다. 그는 나중에 자신의 돌파구를”절망의 행위”로 묘사했습니다—수학을 잘 할 수있는 근거없는 속임수.,

알버트 아인슈타인도 그가 개발하는 데 도움이 된 광자 이론의 함의에 저항했다. 그는 특히 방해해서 얽힘이라는 생각은 두 입자가 있을 수 있습 얽힌 운명도,그들이 분리할 때 서로 멀리 떨어져. 이론적 예를 들어,는 경우 측정된 양극화의 하나의 광양자에 얽매이고,당신은 당신이 즉시 알고 양극화의 다른 경우에도 두 입자를 분리되었습을 반대쪽 끝의 태양전지 시스템입니다., 얽힘이 제안하는 개체에 영향을 미칠 수 있는 각각 다른 에서 임의로,멀리로 알려진 nonlocality 는 아인슈타인의 조롱으로”유령니다.”물체가 서로 영향력을 행사하기 위해 근접해야만하는 현실을 선호하면서 그는 양자 역학 이론이 불완전하다고 믿었습니다. “그것은 확실히 아인슈타인에게 소화 불량을주었습니다.”라고 Migdall 은 말합니다.

에 대한 수십 년 동안,인수를 통해 광자 크게 이관하는 영역을 생각의 실험,그것이었다는 기술적으로 불가능하 테스트는 이러한 아이디어., 최근에 논쟁이온으로 물리학 지역 사회가 더 넓게,로 single-photon sources 과 탐지기는 더 폭 넓게 접근할 수 있도록에 따라,스테인. “우리는 슈뢰딩거의 고양이처럼 상상하는 대신 이러한 실험을 할 수 있습니다.”라고 그는 말합니다.

예를 들어,물리학 자들은 모두 얽힘의 존재를 확인했습니다. 수십 년 동안의 실험으로 알려진의 테스트는 종의 불평등,지금 강하게 나타내는 아인슈타인이 잘못되었다고 하는 우리의 우주 비로컬.,

이 테스트는 1964 년 영국의 물리학 자 John Stewart Bell 이 고안 한 실험 프레임 워크를 기반으로합니다. 에서는 이론적인 작동,벨 보는 반복하는 경우에는 측정에는 소문에 얽힌 입자,통계할 수 있는지 여부를 광 진정으로 서로 영향을 미치 nonlocally 는 경우 또는 알 수 없는 메커니즘은 알려진 일반적으로”지역의 숨겨진 변수”—의 환상을 만듭니다. 실제로,테스트 크게 관련된 분할 최대 쌍의 얽힌 광양자와 함께 두 개의 서로 다른 경로를 측정하는 자신의 양극성에서 두 개의 서로 다른 발견자입니다.,
물리학자가 수행 종 테스트 1970 년대 이후로,모든 발표된 실험을 나타내는 광자할 수 있습 무시하게 행동하는 것처럼,거리에서 물리학자인 데이비드 카이저의 메사츄세스 공과대학의 기술 설명합니다. 그러나,그럼에도 불구하고 만장일치 결과는,이러한 초기 실험 결정적:기술 부족을 의미하는 그들의 실험에서 고통 세 가지 잠재적인 디자인 제한 사항이나 허점이 있습니다.

지역성 허점으로 알려진 첫 번째 허점은 두 개의 편광 탐지기가 너무 가까워서 발생합니다., 이론적으로,그것을 가능했다는 한 개의 검출기할 수 있는 릴레이된 신호를 다른 검출기 바로 전에 얽힌 광자 방출,에 영향을 미치는 결과를 측정합니다.

공정한 샘플링 허점이라고하는 두 번째 허점은 품질이 좋지 않은 단일 광자 검출기로 인한 것입니다. 전문가들은 탐지기가 광자의 편향된 부분 집합을 잡아서 통계를 왜곡 할 수 있다고 주장했다. 는 욕망을 가까이 허점을 말한다 Migdall,는 기반 발달의 더 나은 single-photon 탐지기 같은 이제에 일상적으로 사용되는 양자기술.,

세 번째 허점 인 자유 선택 허점은 편광 검출기의 설정과 관련이 있습니다. 을 얻을 진정으로 편견에 대한 통계의 큰 숫자를 양극화 측정 방향의 양극화 탐지기이어야 합 무작위로 다시 설정에 대한 각 측정합니다. 연구원들이 초기 실험에서 손으로 탐지기를 고심하게 재설정하여 무작위성을 보장하는 것은 어렵습니다.카이저(Kaiser)에 따르면 최근의 실험은 한 번의 테스트에서 동시에 그렇지 않더라도 세 가지 허점을 모두 닫았습니다., 2015 년에 팀에 의해 주도 물리학자 Ronald Hanson 에 Delft University of Technology 수행 종이 테스트는 폐쇄 공정한 샘플링 및 지역 허점을 위한 첫 번째 시간에,이기는 하지만 얽혀 사용하여 전자는 보다 광자.

출판 2018 년에는 팀 과학자들의 연구소에서의 광과학과 스페인에서 청구 100,000 자원 봉사자 비디오 게임을 재생하는 임의의 숫자를 생성하는 과학자를 설정하는 데 사용되는 그들의 종이 테스트 감지기를 제한하는 자유의 선택 허점.,

카이저에 근무하는 또 다른 실험을 출판했고 2018 년에 불리는”우주의 종이 테스트,”이는 닫은 지역의 허점을 엄격하게 제한 자유의 선택 허점을 설정하여 그들의 양극화 방향 탐지기를 사용하여 임의의 숫자를 기반으로 발전기의 주파수에서 방출되는 빛의 별 600 1,900 광년 떨어져 각각 있었다.

결과는 얽힘의 비 지역성을 강력하게지지합니다. “소화는 아인슈타인이 함께했던 양자 역학—는 경우 그가 오늘의 주위에,당신은 그에게 말하는 그는 단지 그것을 처리해야”라고 말 Migdall.,

물리 학자는 알렉산드라 랜즈맨의 오하이오 주립대학교 설명합니다 광자는”양의 에너지는”과 밀접한 관련 물리학자들은’원래 개념의 입자. 1905 년 논문에서 아인슈타인은 빛을 소위 광전 효과를 설명하기 위해 주파수에 비례하는 에너지의 이산 패킷으로 묘사했다. 과학자들은 물질이 전자를 꺼내기 위해 빛을 흡수하지만,빛의 주파수가 일부 문턱 값보다 짧을 때만 관찰했다., 1921 년 노벨상을 수상한 아인슈타인의 설명은 양자 이론의 발전을 킥 스타트하는 데 도움이되었습니다.

새로운 레이저 기술은 연구원들이 광전 효과를보다 자세하게 재검토 할 수있게 해주었습니다. 아토초 레이저,발명에서는 2001 년,제공하 펄스의 빛보다 quadrillionth 의 두 번째 장을 허용하는 물리학자들을 관찰하는 양자 규모의 작업처럼 카메라로 기록합니다., 특히,물리학자가용 초고속 레이저 시간이 광전 효과:면 광양자를 충돌시 원자나 분자,얼마나 걸리 전자를 꺼내? “과거의 사람들은이 과정이 즉각적으로 일어난다고 가정했습니다.”라고 Landsman 은 말합니다. “이 질문을 실험적으로 해결할 방법이 없었습니다.”

2010 년에,이끄는 팀에 의해 물리학 자 페 Krausz,다음에 빈 공과대학교,실험을 보여주는 전자 방출로서 원자를 시간이 걸립니다., 는 동안 그들을 인정하지 않은 절대적인 시간,그들은 분별할 수 있는 약 20attoseconds 상을 위한 전자서 2p 궤도 대 2s 궤도의 네온 atom. 다른 그룹에 의한 후속 실험은 물 및 아산화 질소와 같은 분자에서 전자 방출을 시간 초과했다.이론가 인 Landsman 은 전자가 특정 분자를 다른 분자보다 빨리 떠나는 이유를 이해하기 위해 노력하고 있습니다. 예를 들어,일부 분자는 전자가 서있는 파동을 형성하도록 전자를 공간에 한정합니다., 모양 공명으로 알려진이 상태는 일시적으로 전자를 트랩하여 탈출 속도를 늦 춥니 다. 궁극적으로 Liuhua 하고 싶어 하는 모든 요소를 지체 원자와 분자가 해서의 전자에 제로 얼마의 광양자와 전자가 발생됩니다. “이 실험은 우리에게 통찰력을 더하는 방법은 광양자와 상호 작용은 전자,”그녀는 말한다.그러나 Zlatko Minev 는 광자가 에너지의 양자라고 생각하지 않습니다. IBM 의 물리학자인 Minev 는 양자 컴퓨터를 만드는 방법을 연구합니다., 이 새로운 기술적 맥락에서 그는 광자가 다르게 나타나는 것처럼 보인다고 말한다.

Minev 실행 실험에 회로의 초전도선로 사용할 수 있는 qubits 있는 빌딩 블록의 양자 컴퓨터입니다. 이 회로는 광자의 흡수가 양자 컴퓨터에서 1 상태를 나타낼 수있는 지정된 에너지의 단일 광자를 흡수하도록 설계되었습니다. 큐 비트가 하나의 광자를 흡수하면 응답이 변경되어 더 이상 그 에너지의 광자를 흡수하지 않게됩니다.,

전통적인 아이디어의 광양자는”양의 에너지는”적합하지 않는 이 회로,말한다 Minev,사람을 말하는 시스템으로 양자 비선형 오실레이터. “당신은 물을 수 있습니다,내 오실레이터에 두 개의 광자가 있다는 것은 무엇을 의미합니까? 그것은 에너지의 두 단위입니까?”라고 그는 말합니다. “이 경우에는 발진기의 각 여분의 광자가 실제로 다른 양의 에너지를 가지고 있기 때문에 그렇지 않습니다. 이 경우 에너지는 광자를 정의하지 않습니다.”

그래서 그는 어떻게 광자를 묘사합니까? “나는 당신에게 한 문장의 대답을 줄 수 있을지 확신하지 못합니다.”라고 Minev 는 말합니다. “나는 현재 내 자신의 이해를 재평가하고있다.,”현재,그가 생각하는 광자는”양의 행동은,”어디에”조치”는 추상적인 수량을 설명하는 허용되는 동작을 자신의 시스템입니다.

물리학 자들이 기초를 재평가함에 따라,이 새로운 실험은 기초 과학과 응용 사이의 연결을 조명합니다. Kuo 의 양자 인터넷 기술은 얽힘의 벨 테스트에 사용 된 하드웨어와 조상을 공유합니다. Minev 의 비선형 오실레이터에 대한 연구는 양자 컴퓨터의 오류를 수정하는 방법을 개발하는 데 도움이됩니다., Liuhua 의 연구에서 광전 효과 분자할 수 있습을 공개에 대한 단서를 전자 특성,결국 수을 제공 과학자들은 새로운 도로 설계에 대한 소재와 원하는 사양입니다. Migdall 은 연구원들이 얽힌 입자를 이용하는 난수 생성기의 새로운 모델에서 무작위성을 확인하기 위해 Bell 테스트를 사용한다고 말합니다.

아직도,광자의 진정한 본질은 물리학 자들을 피한다. “모든 오십년간의 의식이 우울을 가져왔다 저에게 더 가까이 질문에 대답은 무엇 빛 퀀텀?”아인슈타인은 1951 년 편지에 썼다., “물론 오늘날 모든 악동들은 그가 답을 알고 있다고 생각하지만,그는 자신을 속이고 있습니다.”

그는 잘못되었을 수도 있습니에 얽힘하지만,일곱 더 많은 수십 년 동안의 집단적인 품 후에 심리가 여전히 보유하고 있습니다.

소피아 첸은 유선,과학 및 물리학 소녀에 기여합니다. 그녀는 오하이오 주 콜럼버스에 본사를 둔 프리랜서 작가입니다.

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