Putting the squeeze on light may be the key to teleporting energy across vast distances. Although the amount of energy that could theoretically be transmitted is tiny for now, it could be enough to power quantum computers that don't overheat. For years physicists have been smashing distance records for quantum teleportation, which exploits quantum entanglement to send encrypted information. Entangled particles remain linked no matter how far apart they are, and a change to one particle always affects its partner in a particular way. In experiments, for example, a pair of entangled particles is separated and each partner is sent to a different location. When someone measures the particle at point A, its quantum state is decided and that event immediately causes a corresponding change in the particle at point B. No physical matter is transmitted, and nothing is travelling faster than light. But the person at point B can recreate the photon at point A using only information about the observed changes – effectively teleporting the photon.
Physicists have done this with light and with matter, such as entangled ions. But Masahiro Hotta of Tohoku University in Sendai, Japan, wondered if it would be possible to also teleport quantum energy. Quantum toothpaste Theory has it that a vacuum is not truly empty – it is constantly roiling with tiny fluctuations that cause particles to pop in and out of existence. These particles pop up in entangled pairs and, crucially, the two partners can appear great distances apart. The quantum field in the vacuum of space is usually at its lowest energy level. But if someone measures the field, the quantum system in that region – let's call it region A – is disturbed and becomes excited, gaining energy. Hotta suggests using the information gained from that measurement to create an electric current that is tuned to the quantum change. Because particles spread across the vacuum are entangled with each other, sending the current through another part of the vacuum – region B – will allow the current to extract energy from the quantum field in that region. In other words, particles from region A will teleport some of their energy to region B, without the need for a physical transmission line. "A measurement made at point A provides the information needed to unlock hidden energy at point B," says Seth Lloyd, a physicist at the Massachusetts Institute of Technology, who was not involved in the research. But Hotta's original theory suggested energy teleportation would work only over a few tens of nanometres. To get greater reach, Hotta and his colleagues have now applied a twist to their theory that adds squeezed light to the vacuum. In quantum mechanics, there is a limit to how precisely we can know multiple values in a physical system. Physicists can exploit this effect by increasing the uncertainty of one value on purpose, allowing them to better pin down a different target property. "Like toothpaste, if you make the tube smaller in one part, it gets bigger in another direction," says William Unruh at the University of British Columbia in Vancouver, Canada, who did not take part in the study. Normally, photons travelling through a vacuum arrive randomly. Reducing uncertainty in the light's amplitude, which is proportional to the number of photons travelling together, forces more of its photons to travel in pairs. When this squeezed light is sent through the space between two targeted regions, it enhances the entanglement between those regions, so that energy can be extracted across greater distances, says Hotta. Entanglement is also fundamental to quantum computers, which promise faster processing speeds by replacing binary 1s and 0s, used to store information in standard computers, with qubits that can be both 1 and 0 simultaneously. But even qubits need a power source to operate, and right now that comes from electrical current running through a quantum chip, which gives off waste heat as it travels that can destroy the fragile state of entanglement. By replacing electrical wiring with teleported quantum energy, qubits could safely maintain their entanglement, says Hotta. The amount of energy teleported would still be very small – about several hundred microelectronvolts – so even though it should work over greater distances, it is more likely that Hotta's teleportation technique will only be useful for now in quantum chips that send energy over a few hundred micrometres. In principle, though, quantum energy teleportation could one day be useful to much larger machines, says Lloyd: "While it currently seems unlikely that one could power a spaceship, or even a desk light, by quantum energy teleportation, you never know."
---------------------------------ITALIAN VERSION------------------------------------
"Strizzare" su luce potrebbe essere la chiave per il teletrasporto di energia attraverso grandi distanze. Anche se la quantità di energia che potrebbe teoricamente essere trasmessa è piccola, per ora, potrebbe essere sufficiente per alimentare i computer quantistici. Anno dopo anno i fisici stanno superando record di distanza per il teletrasporto quantistico , che sfrutta l'entanglement quantistico per inviare informazioni crittografate. Le Particelle entangled rimangono collegate, non importa quanto distanti siano, e un cambiamento di una particella colpisce sempre istantaneamente il suo partner in un modo particolare. Negli esperimenti, per esempio, una coppia di particelle correlate è separato e ogni partner viene inviato in una posizione diversa(non importa quanto lontano). Quando qualcuno misura la particella nel punto A, il suo stato quantico è deciso e l'evento causa immediatamente e istantaneamente un cambiamento corrispondente nell'altra particella al punto B. Non importa che venga trasmessa fisicamente ,e visto che nulla sta viaggiando più veloce della luce,non si viola nessuna legge della fisica. Ma la persona al punto B può ricreare il fotone del punto A utilizzando solo le informazioni sui cambiamenti osservati - Il fotone è quindi teletrasportato in modo efficace. I fisici hanno fatto questo con la luce e con la materia, come ad esempio degli ioni . Ma Masahiro Hotta della Tohoku University di Sendai, in Giappone, si chiese se sarebbe stato possibile teletrasportare anche l'energia quantica. La teoria vuole che il vuoto non è veramente vuoto - è costantemente in movimento con piccole fluttuazioni che causano particelle. Queste particelle pop-up in coppia entangled possono apparire a grandi distanze tra loro. Il campo quantistico nel vuoto dello spazio è di solito al suo livello di energia più basso. Ma se qualcuno misura il campo, il sistema quantistico in quella regione - chiamiamolo regione A - è disturbato e diventa eccitato, guadagnando energia. Hotta suggerisce di utilizzare le informazioni ottenute da tale misura per creare una corrente elettrica che sia sintonizzata alla variazione quantistica. Poiché le particelle sparse in tutto il vuoto sono intrecciate tra loro, inviando la corrente attraverso un'altra parte del vuoto - regione B - consentirà alla corrente di estrarre energia dal campo quantistico in quella regione. In altre parole, le particelle della regione A teletrasporterà parte della loro energia alla regione B, senza la necessità di una linea di trasmissione fisica."Una misurazione effettuata nel punto A fornisce le informazioni necessarie per sbloccare l'energia nascosta nel punto B", dice Seth Lloyd , un fisico presso il Massachusetts Institute of Technology, che non era coinvolto nella ricerca. Ma la originale teoria suggerita sul teletrasporto energetico da Hotta funzionerebbe solo su poche decine di nanometri. Per ottenere una maggiore portata, Hotta e i suoi colleghi hanno ora applicato una svolta alla loro teoria che aggiunge della luce "spremuta" al vuoto. "Come un dentifricio, se si rende il tubo più piccolo da una parte, diventa più grande in un'altra direzione", spiega William Unruh presso la University of British Columbia di Vancouver, in Canada, che non ha preso parte allo studio.Normalmente, i fotoni viaggiano attraverso il vuoto e arrivano in modo casuale.Ridurre l'incertezza in ampiezza della luce, che è proporzionale al numero di fotoni che viaggiano insieme, costringe più fotoni a viaggiare in coppie.Quando questa luce "spremuta" viene inviata attraverso lo spazio tra le due regioni interessate, esalta l'intreccio tra le regioni, in modo che l'energia può essere estratta attraverso grandi distanze, dice Hotta. L'entanglement è fondamentale per i computer quantistici , che promettono velocità di elaborazione, sostituendo il codice binario 0 e1, con qubit(quantum bit) che possono essere sia 1 che 0 contemporaneamente! Ma anche i qubit hanno bisogno di una fonte di energia per funzionare, e proprio la corrente elettrica che attraversa un chip quantistico, fa generare calore che può distruggere il fragile stato di entanglement. Sostituendo il cablaggio elettrico con l'energia quantica teletrasportata, i qubit possono mantenere tranquillamente il loro intreccio, dice Hotta. La quantità di energia teletrasportata sarebbe ancora molto piccola - circa diverse centinaia di microelectronvolts - quindi, ancora non può funzionare su grandi distanze , è più probabile che la tecnica di teletrasporto di Hotta sarà utile per ora solo in chips quantistici che inviano energia entro un centinaio di micrometri. In linea di principio, però, il teletrasporto quantico di energia potrebbe un giorno essere utile a macchine molto più grandi, dice Lloyd: "Anche se non sembra al momento improbabile che si possa alimentare una navicella spaziale, o anche una luce da scrivania, dal teletrasporto quantistico di energia, non si sa mai....."
Nessun commento:
Posta un commento