Kvanttiparien

Kvanttiparien käsitteellä tarkoitetaan kahden kvanttijärjestelmän muodostamaa kokonaisuutta, jonka tilat ovat vahvasti toisiinsa liittyneita eli entangled. Tällainen pari ei ole erillisten osien tilaerillistäkään; sen tilaa ei voi kirjoittaa kahden osan tilojen kertana erillisinä tekijöinä. Entanglement johtaa tilastollisiin korrelaatioihin, jotka voivat näkyä mittaustulosten poikkeuksina klassisen intuitiosta ja voivat ulottua yli etäisyyksien.

Käytännössä kvanttipareja kuvataan usein kahdesta kvanta-asteesta, kuten kahdesta kvanttipisteestä (two-qubit states) tai kahdesta fotonista, joiden polarisaatiotilat ovat toisiinsa sidoksissa. Tunnettuja esimerkkejä ovat Bell-tilat, kuten |Φ+>, |Φ->, |Ψ+>, |Ψ->, joita käytetään perinteisesti kvanttisidonnaisten kokeiden ja sovellusten kuvaamiseen. Näissä tiloissa mittausten tulokset ovat vahvasti riippuvaisia toisen osan tuloksista, mikä havainnollistaa kvanttisen kahden osan yhteyttämisen vaikutuksia.

Kvanttiparien muodostaminen tapahtuu laboratoriossa useilla tavoilla. Yleisimpänä menetelmänä on spontaaneen parametrijaonalen jakaantuminen (SPDC) epäorgaanisessa tai tyypin-II kriisissä, joka tuottaa kaksi korreloitunutta fotonia. Muita lähteitä ovat kvanttipisteet (quantum dots) ja atomien radiatiiviset kaskadin emitoinnit.

Kvanttiparien tutkimuksella on keskeinen rooli sekä perinteisten kvanttisuoritusten testauksessa että sovelluksissa kuten kvanttikirjeessä (QKD Ekert’n protokolla), kvanttitiedon siirrossa, entanglement-swapissa ja kvanttiverkkojen rakennuksessa. Ne myös auttavat erottamaan todelliset kvanttikorrelatiot klassisista, ei-entangled-tiloista.

Kvanttiparien ja niiden entanglementin ymmärtäminen on siis keskeinen osa sekä fundamentaalista kvanttifysiikkaa että käytännön kvanttiteknologioiden kehitystä.