Αρθρο 25-Απριλίου-2001

Το πείραμα του Ίνσμπρουκ

Μια άλλη πειραματική επιβεβαίωση της κβαντικής τηλεμεταφοράς πραγματοποιήθηκε στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ τον Δεκέμβριο του 1997.  Αυτό το πρόγραμμα διευθύνθηκε από τον Δρ. Anton Zeilinger του Ιδρύματος για τη πειραματική φυσική στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ. Οι εργασίες του βρίσκονται στους τομείς της κβαντικής οπτικής και της κβαντικής επικοινωνίας. Οι άλλοι πειραματιστές από το ίδρυμα για τη πειραματική φυσική είναι: ο Dik Bouwmeester,  Klaus Mattle, Manfred Eibl και Harald Weinfurter. 

Η παρακάτω εικόνα απεικονίζει το πείραμα του Πανεπιστημίου του Ίνσμπρουκ για την κβαντική τηλεμεταφορά. Στην κβαντική διαδικασία τηλεμεταφοράς, οι φυσικοί παίρνουν ένα φωτόνιο (ή οποιοδήποτε άλλο σωματίδιο κβαντικής κλίμακας, όπως ένα ηλεκτρόνιο ή ένα άτομο) και μεταφέρουν τις ιδιότητές του (όπως η πόλωσή του, δηλαδή η κατεύθυνση στην οποία δονείται, πάλλεται το ηλεκτρικό πεδίο του) σε ένα άλλο φωτόνιο -- ακόμα κι αν τα δύο φωτόνια είναι σε μακρινές θέσεις. Το πείραμα δεν τηλεμεταφέρει το ίδιο το φωτόνιο, μόνο μεταδίδει τις ιδιότητές του σε ένα άλλο, μακρινό φωτόνιο.

Ο αποστολέας—που οι φυσικοί επιμένουν πάντα να ονομάζουν Alice—που παίρνει το όνομα της από το είδος που μεταφέρεται -light- και τα αρχικά της λέξης entangled-πεπλεγένη και τη λέξη encoder-κωδικοποιητής.
O παραλήπτης—που ονομάζεται πάντα Bob—είναι αυτός που λαμβάνει το τηλεμεταφερόμενο μήνυμα.

Εδώ φαίνεται πώς λειτουργεί: Στον σταθμό αποστολέα της κβαντικής τηλεμεταφοράς, η Alice κωδικοποιεί ένα UV φωτόνιο  "αγγελιοφόρο" M, που είναι αυτό που θα μεταφερθεί, με μια συγκεκριμένη κατάσταση: πολωμένο κατά 45^ο , (στροφή του ηλεκτρικού του πεδίου κατά 45^ο του επιπέδου πόλωσης),με την βοήθεια ενός πολωτή. Αυτό το φωτόνιο ταξιδεύει προς ένα διαχωριστή ακτίνων   (beamsplitter).
Εν τω μεταξύ,  δημιουργούνται δύο πρόσθετα "πεπλεγμένα" ή συσχετισμέναφωτόνια το Α και το Β (στο μέσον της εικόνας), από φωτόνια που πέφτουν πάνω σε ένα μη γραμμικό κρύσταλλο για  να δημιουργήσουν το ζευγάρι των πεπλεγμένων φωτονίων, του Α και του Β.

Η πόλωση κάθε φωτονίου είναι σε μια συγκεχυμένη, ακαθόριστη κατάσταση, όμως τα δύο φωτόνια έχουν μια ακριβώς καθορισμένη αλληλεξάρτηση. Συγκεκριμένα, αυτά πρέπει να έχουν συμπληρωματικές πολώσεις. Παραδείγματος χάριν, εάν το φωτόνιο Α μετριέται αργότερα να έχει οριζόντια πόλωση(γωνία πόλωσης 0 μοίρες), τότε το άλλο φωτόνιο πρέπει να 'καταρρεύσει' στη συμπληρωματική κατάσταση της κάθετης πόλωσης(90 μοίρες). 

Το πεπλεγμένο φωτόνιο Α φθάνει στον διαχωριστή ακτίνων (beamsplitter) ταυτόχρονα με το φωτόνιο αγγελιαφόρο Μ. Ο  διαχωριστής των ακτίνων αναγκάζει κάθε φωτόνιο είτε να συνεχίσει προς τον ανιχνευτή 1 είτε να αλλάξει κατεύθυνση και να ταξιδεύσει προς τον ανιχνευτή 2.
Στο 25% όλων των περιπτώσεων, στις οποίες τα δύο φωτόνια πηγαίνουν μακριά στους διαφορετικούς ανιχνευτές, η Alice δεν ξέρει σε ποιόν ανιχνευτή κατευθύνθηκε το καθένα από τα δύο φωτόνια.

Αυτή η ανικανότητα της Alice, να διακρίνει μεταξύ των δύο φωτονίων, προξενεί όπως λέγεται ένα κβαντικό φράγμα, για να μπορέσει να δει τι συμβαίνει. Ακριβώς από το ίδιο το γεγονός ότι τα δύο φωτόνια είναι τώρα δυσδιάκριτα, αφού είναι όμοια, το φωτόνιο Μ χάνει την αρχική ταυτότητά του και γίνεται πεπλεγμένο με το Α. Η τιμή της γωνίας πόλωσης για κάθε φωτόνιο είναι τώρα ακαθόριστη, αλλά δεδομένου ότι ταξιδεύουν προς διαφορετικούς ανιχνευτές η Alice ξέρει ότι τα δύο φωτόνια πρέπει να έχουν συμπληρωματικές πολώσεις.

Δεδομένου ότι το φωτόνιο αγγελιαφόρος- Μ, πρέπει να έχει συμπληρωματική πόλωση του φωτονίου Α, τότε το άλλο πεπλεγμένο φωτόνιο (B) πρέπει τώρα να επιτύχει την ίδια τιμή πόλωσης όπως το Μ. Επομένως, η τηλεμεταφορά είναι επιτυχής. Πράγματι, ο Bob βλέπει ότι η τιμή πόλωσης του φωτονίου Β είναι 45 μοίρες δηλαδή η αρχική τιμή πόλωσης του ενδιάμεσου ή αγγελιαφόρου Μ.