Teleportáció: álom és valóság Kísérlet a hallgatói érdeklődést bátorító bevezetésre a kvantumfizikába.

Az előadások a következő témára: "Teleportáció: álom és valóság Kísérlet a hallgatói érdeklődést bátorító bevezetésre a kvantumfizikába."— Előadás másolata:

1 Teleportáció: álom és valóság Kísérlet a hallgatói érdeklődést bátorító bevezetésre a kvantumfizikába

2 Fizika BSc 3. félév: Atom- és kvantumfizika (heti 3+2 óra) 6 hét kvantumfizika 1.téma: A fény-részecske A fekete test sugárzás (mikrohullámú háttérsugárzás, COBE-WMAP-PLANCK) A foton lendülete/impulzusa (fény-nyomás, lézeres hűtés, Bose-Einstein kondenzáció)

3 Nobel-díjak 1978: A. Penzias, R. Wilson 2006: COBE műholdas mérés (J. Mathur és G. Smoot)

4 Nobel-díjak 1997: Phillips, Chu, Cohen-Tannoudji 2001: Cornell, Wiemann, Ketterle

5 Fizika BSc 3. félév: Atom- és kvantumfizika (heti 3+2 óra) 2. téma:Anyaghullám/valószínűségi hullám Elektron-elhajlás Ni-egykristályon (Davisson) Kétlyukas interferenciakísérlet elektronokkal (Marton, Jönsson, Tonomura) A részecske-hullám megfeleltetés de Broglie-szótára (diszperziós relációból hullámegyenlet, általánosítás erőhatás jelenlétében: Schrödinger-egyenlet) Mi terjed hullámként? (a valószínűségi értelmezés)

6 Nobel-díj 1937: C. Davisson Kétlyukas elektron-interferencia, J. Jönsson 1961, A. Tonomura, 1998 Davisson-Germer kísérlet, 1927

7 D. Kehlmann: A Mahler-idő

8 Fizika BSc 3. félév: Atom- és kvantumfizika (heti 3+2 óra) 3. téma: Kvantum-alapjelenségek Hullámcsomag (hely és lendület bizonytalansága, Heisenberg mikroszkóp, interferenciakép láthatósági feltétele) Interferencia bonyolultabb elrendezésekkel (transzfer-mátrix)* Áthaladás, visszaverődés, alagút-hatás potenciálhegy (-en, -ről, gyel) (az elektronmikroszkóp változatai)

9

10 Ruska elektronmikroszkópja a müncheni Deutsches Museum-ban Az ELTE Fizikai Intézet kétsugaras pásztázó elektronmikroszkópja Nobel-díj 1986: E. Ruska, G.Binnig és H.Rohrer

11 Fizika BSc 3. félév: Atom- és kvantumfizika (heti 3+2 óra) 4. téma: Alapelvek (A Schrödinger-egyenlet használatának posztulátumai) Állapotok (valószínűségi jelentés, normalizálás) Fizikai mennyiségek (értékészlet, sajátállapot, teljesség) Az impulzus/lendület operátora A spin tulajdonság bevezetése a kvantumfizikába

12 Fizika BSc 3. félév: Atom- és kvantumfizika (heti 3+2 óra) 5. téma: Azonosság a kvantumfizikában Kicserélési degeneráció, bozonok és fermionok felcserélési szimmetriája, Pauli-elv, a kémiai periódusos rendszer Összefont állapotok (az Einstein-Podolsky-Rosen paradoxon spin-polarizációs állapotra) Rejtett paraméter a kvantumfizikai leírásban?

13 A He-atom elektronjainak alapállapota Pauli elv összefont spin-állapotot választ

14 EPR-mérés és paradox interpretációja Alice akkor dönti el, hogy milyen irányra vetített spinértéket mér, amikor már úton van a felé haladó elektron

15 D. Kehlmann: A Mahler-idő

16 Schrödinger macskája

17 Ph. Toussaint: Monsieur

18 ω 0 =ω 1 +ω 2,k 0 =k 1 +k 2 1/ [ φ(1:H,2:V)+ e i ϕ φ(1:V,2:H)],

19

20 Fizika BSc 3. félév: Atom- és kvantumfizika (heti 3+2 óra) 6. téma:A kvantumvilág más! Bell-egyenlőtlenség a spin-korrelációs mérések rejtett paraméteres leírásának eredményére A kvantumszámítást igazoló kísérletek Összefont állapotokra épülő „technológia”: A teleportáció elvi és kísérleti megvalósítása ( tanárnak készülő hallgató BSc-dolgozata )

21 Bell-variációk rejtett paraméterre

22 Optimális irányválasztás Shimony 1979, Aspect 1982, …. Az egyenlőtlenség sérül a kvantummechanikai jóslattal összhangban

23 Űrszekerek – Star Trek A teleportálás „feltalálása”

24

25 Kvantumállapot transzportációja I. Bell-bázis kétfotonos polarizáció állapotra „1/2-1/2” nyalábosztó

26 Négy lehetőség két fotonra Ezek a lehetőségek kvantumállapotként szuperponálódnak Két foton rávezetése két oldalról

27 Kvantumállapot transzportációja II. V – H csere és összeadás: azonos oldalon jelenik meg a két foton V – H csere és összeadás vagy kivonás: azonos oldalon jelenik meg a két foton 2 1 1 2

28 Kvantumállapot transzportációja III. V – H csere és kivonás: a két foton a nyalábosztó két különböző oldalán jelenik meg Ezt az állapotot egyértelműen lehet azonosítani! BSM:Bell-állapot mérése

29 Kvantumállapot transzportációja IV. Átírás az 1-2 foton Bell-bázisa segítségével Minden tag előfordulási valószínűsége ( 1/2) 2 = 0,25 Az utolsó tagot egyértelműen (foton a két oldalon) azonosítani tudja Alice! Telefon Bob-nak: a nála lévő ‘3’ foton állapota azonos az ‘1’ foton kiinduló állapotával

30 Tanulságok: -- Teljes azonosítást lehetővé tevő Bell-mérés: minden egyes ‘1’ foton polarizációs állapotára teljes információ adható át ‘3’-hoz -- A kiinduló foton állapota megváltozik: nem lehetséges klón-gyártás -- Klasszikus információ átadásra van szükség, nem sérül a kauzalitás, nem terjed információ gyorsabban a fény sebességénél Kvantumállapot transzportációja V.

31 Kísérleti megvalósítás: 2009: ion-állapot átadása néhány méteres távolságra NEM ANYAGOT, HANEM INFORMÁCIÓT TRANSZPORTÁLNAK!