Немного о физике света
И еще чуть-чуть пообщавшись с этими товарищами, у меня полыхнуло настолько, что я решил написать о волновых свойствах света отдельный пост. Единственное, что сохранило мой стул от обугливания - то, что большую часть комментариев подробного рода заминусили.Вернемся к физике.Что такое свет?Свет — в физической оптике электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. В качестве коротковолновой границы спектрального диапазона, занимаемого светом, принят участок с длинами волн в вакууме 380—400 нм, а в качестве длинноволновой границы — участок 760—780 нм.
В этом утверждении содержится 2 главных посыла:1.Свет - поперечная волна.2. Характерные размеры этой волны лежат в области, которую не рассмотреть глазом с расстояния в 10 сантиметров.Давайте подробнее поговорим о первом утверждении.Представьте себе, что вы держите в руках веревку, прикрепленную к дереву другим концом. Резко дернете рукой вверх-вниз. По веревке побежит поперечная волна.
Волна побежит строго вверх-вниз, она называется поляризованной в вертикальной плоскости. Увы, свет, который вы обычно видите, устроен чуть сложнее. Представьте, что вы резко сделали оборот рукой, погнав ту же волну не сверху вниз, а как-бы по кругу.
Как из такого движения сделать плоское (поляризованное)? Поставим на пути нашей веревки стену с дыркой в нужном нам направлении. Она обрежет все лишнее.
Такая штука называется поляризатором. Поляризатор гасит всю энергию колебания во всех направлениях, кроме одного. Если поставить за ним еще один поляризатор, перпендикулярный первому, мы вовсе не увидим света.
На этом принципе работают 3d очки: экран выдает одновременно 2 волны, поляризованные перпендикулярно друг другу. Каждый глаз видит только 1 из сигналов, так как линзы в очках поляризованы перпендикулярно(на самом деле так делалось только в старых очках, сейчас технологии ушли сильно вперед, хоть принцип, кажись, не изменился).А что такое цвет?Цвет - частота волны, наш аналог его - как часто вы машете рукой. Существуют фильтры, выделяющие из всего спектра только его кусок, то есть оставляющие только выбранный набор цветов, остальные цвета поглощаются - мы увидим вместо них черный. О фильтрах можно вести очень длинный диалог, увы, так что вернемся к карандашам. Сначала мы предположим, что пластинка - светофильтр в той или иной степени. Внимательно рассмотрим первый кадр
Как видим, красная рука полностью видна
А вот красный карандаш уже нет. Вывод - это не светофильтр.А что с поляризаторами?Как я уже говорил, обычный солнечный свет можно считать поляризованным по кругу, сиречь волна колеблется во всех направлениях перпендикулярных движению. То есть поставив на его пути поляризатор вы увидите ту же картинку, разве что чуть менее интенсивную. Пожалуйста, не делайте ошибки считая, что если карандаш направлен горизонтально, то и свет, отраженный от него, становится тоже поляризован горизонтально! Характерные размеры для света - сотни нанометров. Ширина карандаша порядка сантиметра. Это в 10^4 раза больше длинны волны. На таких масштабах что длинна, что ширина - одинаково невероятно большие вещи. Никаких различий для света в этом плане нет. Так что вариант с манипуляциями над неполяризованным светом сразу отпадает. Теперь предположим, что источник света поляризован. Но тогда свет, отраженный от карандашей, тоже поляризован одинаково! Поляризация не меняется от карандашу к карандашу, а значит мы бы увидели все карандаши при одном положении поляризатора, и не увидели бы ничего(черное) при другом.Предполагать, что карандаши сами светятся строго поляризованным светом, конечно, можно(что, впрочем, все еще не объяснит, почему один карандаш просвечивает сквозь другой) но это как-то уже через чур. Все. Я выговорился, теперь можно предлагать адекватные объяснения, из которых фотошоп кажется самым простым.
Видео с лектором Валерианом Ивановичем из МИФИ!
Я помню где-то год назад увидел одно из видео и залип на канале до утра.
Земля ему пухом, великий человек! Вернул мне любовь к физике.
Это структурированный диффузор, в котором свет рассеивается по вертикали и не рассеивается по горизонтали (или наоборот).
Автор поста отлично объяснил почему это не светофильтр и не поляризатор. А вот доказательство почему это стр.диффузор:
1) Берем фотошоп (paint.net).
2) Убираем все лишнее: выбираем один цветовой канал, я брал синий.
3) Повышаем контрастность до тех пор пока не увидим, что в месте перекрытия синего карандаша СВЕРХУ цвет становится более туклым. Тут понадобится немного внимания и, возможно, пипетка. (у меня яркость+100, контраст +92)
4) С помощью пипеточки можно быть более точным и определить кривую "Распределение интенсивности света на карандаше в кадре".
5) О, похоже на сиськи.
Объяснение того, что видим:
Пластина на самом деле просто размывает впереди стоящие объекты. Эффект размытия практически незаметен невооруженным взглядом ввиду того, что размытие происходит только по одной координате.
А теперь изюминка на торте:
1) Берем исходную фотку с карандашами (без этой пластинки).
2) Применяем эффект "Размытие в движении".
3) Наблюдаем АБСОЛЮТНО то же самое.
А вообще, все это очень и очень интересно, но это все школьная программа. А вот циркулярная поляризация света - вот это интересно. Есть желающие сделать пост? (если да - прикрепите ссылку в комментах, я пропущу статью через критический фильтр).
Да блеать, даже если предположить, что эта волшебная пластинка каким то образом делает карандаши невидимыми, то сука, то что она делает их прозрачными ну никак нельзя предположить.
И да, первый пост я не видел, может повторил чьё то мнение.
Предлагаю вариант с линзами френеля, только не концентрическими, а продольными. При нахождении карандаша параллельно линиям линзы, он будет виден ясно, в то время, как перпендикулярный будет существенно размыт
Видно там все, просто до пальцев и до карандашей расстояния РАЗНЫЕ.
Если кому-нибудь интересно, я могу еще про физику жидких кристаллов написать, я к ней имею чуть больше отношение
"но это как-то уже через чур."А у меня чересчур полыхнуло на этом моменте.
Но пост интересный, спасибо.
Предлагаю вариант объяснения без правки видео.
"Магическая" пластинка состоит из множества маленьких призм отклоняющих свет в одном направлении но с разной силой, но есть мутные участки пропускающие свет без искажения. Такая зернистость видна на крупном плане.
Когда наблюдаемый объект находится близко к пластине он виден практически без искажений. А когда достаточно далеко то мы начинаем видеть не то что под пластиной а то что находится в направлении торца (или торцов) пластины. Соответственно мы видим протяженные объекты как будто неизменными, а поперечные размытыми.
Очевидна цилиндрическая линза Френеля или просто призматический рассеиватель. Рассеивает свет вдоль одной оси.
Сорян чувак, но бомбить из-за незнания - это диагноз.
@VankaVstanka, приветствую, чем вас не устроил мой ответ, что в прозрачной пластинке наблюдается эффект диффузии света?
Вы очень хорошо рассказали про поляризацию света, но не рассказали про поляризацию волны по их длине, а это именно то, что я имел ввиду объясняя данный эффект. Сделаете пост?
Я дно в физике, но мне кажется, тут что-то с рассеивающими линзами связано)
Лентикулярный растр. Он же линза Френеля с линейным рассеиванием.
Уже по этому моменту можно было бы понять что это монтаж. Жёлтый и розовый карандаши лежат поверх других четырёх, и никакой фильтр не сделает их прозрачными. Верхние карандаши даже если бы и стали невидимыми, но в местах пересечений карандашей нижние карандаши всё равно были бы не видны, так как в этих местах они перекрыты верхними карандашами и на них тупо не падает свет в этих местах.
Пикабу образовательный! Плюсую!
ничего себе полыхнулоно все равно спасибо, припомнил школьную физику)
Ребята, вы что в пластинку вцепились, обычный поляризатор из 3д очков, а вот карандаши нихуя не карандаши а картинка на 3д мониторе например)
У тебя подгорело. Потом ты остыл и назвал отредактированное видео словом "фотошоп" и назвал это самым адекватным объяснением. Видимо, чтобы подгорело у кого-то другого. Олимпико-пикабушная эстафета передачи факела)
Что ж, теперь время пилить ещё один пост-ликбез, который наглядно показывает разницу между фото и видео.
Немного про энтропию
Сейчас в ютюбе появилась новая функция- можно в виде графика посмотреть количество просмотров определенного момента.
Итак, что же наиболее интересного в советском научно-популярном фильме про энтропию?
Какой момент наиболее интересен для просвещающихся на ниве физики?
Вот такая вот она, Энтропия.
Фундамент квантового интернета: телепортация кубита
Для ЛЛ и гуманитариев: Забейте.
Статьи размещаю для себя, и на случай споров с коллегами +вдруг кому интересно.
Если хотите попонтоваться или прикинуться интеллектуалом - подписывайтесь.
Интернет сейчас и интернет двадцать лет тому назад хоть и обладают общими чертами, но все же различны. То же самое можно сказать и любой другой технологии, которая продолжала совершенствоваться из года в год. Мы уже не пользуемся дискетами для хранения данных и не загружаем сайты по несколько минут через dial-up. Но, как говорится, нет пределу совершенства. Ученым из Делфтского технического университета (Нидерланды) удалось телепортировать кубит, что может стать основой для будущего квантового интернета. Как именно была реализована телепортация, где она была выполнена, и как именно это можно использовать для построения квантовых сетей? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.
Основа исследования
Как говорят ученые, квантовая телепортация — это основная процедура для надежной отправки кубитов по сетевым каналам, а также фундаментальный базис протоколов и приложений квантовых сетей. Используя телепорт в виде предварительно разделенного запутанного состояния, квантовая информация передается путем выполнения совместного измерения состояния Белла (BSM от Bell-state measurement) в части запутанного состояния отправителя и состояния кубита, которое необходимо телепортировать. Состояние восстанавливается на принимающем узле с помощью операции шлюза, обусловленной результатом BSM. Поскольку квантовая информация не передается физическим носителем, протокол нечувствителен к потерям в соединительных фотонных каналах и на промежуточных узлах. Детерминированный BSM в сочетании с прямой связью в реальном времени обеспечивает безусловную телепортацию, при которой передача состояния достигается каждый раз, когда состояние кубита вкладывается в телепорт.
Первые шаги на пути квантовой телепортации были сопряжены с использованием фотонных состояний. Вслед за развитием узлов квантовой сети со стационарными кубитами была реализована дистанционная телепортация кубитов между захваченными ионами, захваченными атомами, алмазными азотно-вакансионными (NV от nitrogen-vacancy) центрами и узлами памяти на основе атомных ансамблей.
Ученые отмечают, что хоть будущие квантовые сетевые приложения будут широко использовать телепортацию между неподключенными узлами в сети, жесткий набор требований к предварительному совместному запутыванию, BSM и времени когерентности для обеспечения прямой связи в реальном времени до сих пор тормозил реализацию телепортации за пределы непосредственно связанных стационарных узлов сети.
В рассматриваемом нами сегодня труде ученые смогли обойти эти ограничения с помощью набора ключевых нововведений, в результате чего им удалось достичь телепортации кубитов между несоседними узлами сети (1а). Исследуемая квантовая сеть состояла из трех узлов в линейной конфигурации: Алиса, Боб и Чарли. Каждый из узлов содержал NV центр внутри алмаза.
Изображение №1
На 1b показаны этапы протокола телепортации. Чтобы подготовить телепорт, был использован протокол обмена запутанностью, опосредованный Бобом, аналогичный протоколу квантового повторителя, чтобы установить запутанность между Алисой и Чарли. Как только сообщается об успешной подготовке телепорта, состояние входного кубита подготавливается на Чарли и, наконец, телепортируется к Алисе.
Результаты исследования
Ключевым параметром квантовой телепортации является точность предварительно разделенного запутанного состояния между Алисой и Чарли. Поскольку это состояние генерируется путем замены запутанности, его достоверность можно повысить, уменьшив количество ошибок в отдельных связях. Используемая сеть создает запутанность между соседними узлами с использованием однофотонного протокола в архитектуре с оптической фазовой стабилизацией. Строительным блоком этого протокола является запутанное состояние кубит-фотон, создаваемое в каждом узле.
Чтобы сгенерировать это запутанное состояние, коммуникационный кубит инициализируется в состоянии суперпозиции |ψ⟩ = √α|0⟩ + √(1 − α)|1⟩, после чего применяется селективный по состоянию оптический импульс, который переводит популяцию из |0⟩ в оптически возбужденное состояние. После спонтанного излучения состояние кубита запутывается с числом фотона (0 или 1 фотон).
Этот протокол выполнялся на обоих узлах, а резонансные фотонные состояния интерферировались на светоделителе (2a).
Изображение №2
Обнаружение одиночного фотона в одном из выходных портов идеально предвещает генерацию запутанного состояния |ψ⟩ = (|01⟩ ± |10⟩)/√2, в котором фаза ± устанавливается сработавшим детектором. На 2b показаны совместные результаты измерений кубитов в вычислительной базе после активации запутанности, показывающие ожидаемые корреляции.
Неверность* сгенерированного состояния имеет три основных вклада: двойное заполнение состояния |0⟩, двойное оптическое возбуждение и конечная различимость фотонов.
В случае двойной занятости состояния |0⟩ (что происходит с вероятностью α) оба коммуникационных кубита находятся в состоянии |0⟩ и испускают фотон. Обнаружение одного из этих фотонов приводит к ложному обнаружению запутанного состояния. Второй эффект, двойное возбуждение, связан с конечной длительностью оптического импульса по сравнению с оптическим временем жизни излучателя. Существует конечная вероятность того, что коммуникационный кубит излучает фотон во время этого импульса, впоследствии повторно возбуждается, а затем испускает еще один фотон, в результате чего состояние кубита оказывается запутанным с двумя фотонами. Обнаружение или потеря первого фотона разрушает когерентность запутанного состояния кубит-фотон, а обнаружение второго фотона может затем ложно отмечать генерацию запутанного состояния.
Стоит отметить, что ложные обнаружения, вызванные двойной занятостью состояния |0⟩ и двойным возбуждением, сопровождаются дополнительным испускаемым фотоном. Следовательно, обнаружение этого дополнительного фотона позволяет однозначно идентифицировать такие события и, таким образом, исключать ложные оповещения в реальном времени.
Такая схема исключения была реализована посредством контроля пути обнаружения нерезонансной фононной боковой полосы (PSB от phonon-side band) на обеих установках во время и после оптического возбуждения (2a). Чтобы исследовать эффект этой схемы, ученые генерировали запутанность на отдельных каналах и извлекали события, отмечающие запутанность, для которых PSB мониторинг отмечал присутствие дополнительного фотона. Для этих событий проводился анализ соответствующих измерений кубитов (2c).
Было выделено два отдельных режима: во время оптического импульса (фиолетовый) и после оптического импульса (желтый). Когда на детекторе PSB Алисы (или Боба) во время оптического импульса регистрируется фотон, видно, что выход 01(10) наиболее вероятен (отмечено фиолетовым на 2c). Это показывает, что только одна установка находилась в состоянии |0⟩ и, следовательно, что оба обнаруженных фотона исходят от Алисы (или от Боба). Таким образом, обнаружение фотонов PSB во время оптического импульса в первую очередь указывает на ошибки двойного возбуждения.
Напротив, когда фотон регистрируется после оптического импульса в детекторе PSB Алисы или Боба, результат 00 наиболее вероятен (отмечено желтым 2c). Это указывает на то, что обе установки находились в состоянии |0⟩ и излучали фотон. Таким образом, обнаружение фотона PSB после оптического импульса указывает на ошибку двойной занятости состояния |0⟩. Результаты, показанные на 2c, были обнаружены и для запутанных состояний, генерируемых на линии Бою-Чарли.
Третий основной источник неточности, конечная различимость, может возникать из-за расстройки частот между излучаемыми фотонами. В то время как большая часть этих расстроек устраняется заранее с помощью проверки зарядового резонанса (CR от charge-resonance) перед запуском протокола, коммуникационные кубиты могут по-прежнему подвергаться небольшой спектральной диффузии. В используемом однофотонном протоколе это приводит к расфазировке, которая сильнее для фотонов, которые обнаруживаются позже по сравнению с оптическим импульсом. Сокращая окно обнаружения, можно повысить точность запутанного состояния за счет более низкой скорости запутывания. Посему было решено использовать ширину окна в 15 нс. На 2d обобщены измеренные улучшения на отдельных каналах и предполагаемое влияние на точность запутанного состояния Алисы-Чарли. Увеличение на ≈3% играет важную роль в повышении точности телепортации.
При подготовке телепорта запутанная связь Алиса-Боб надежно хранится в кубите памяти посредством прерывания последовательности и ее повторного формирования, когда запутанное состояние Боб-Чарли не обнаруживается в течение фиксированного количества попыток (тайм-аут).
Кубитами памяти 13C можно с высокой точностью управлять с помощью кубита связи. Ранее проведенные исследования показали, что в магнитном поле 189 мТл попытки генерации запутанности с коммуникационным кубитом не ограничивают время дефазировки памяти T*2, что в перспективе позволяет существенного увеличить время сохранения памяти с активной защитой когерентности.
Изображение №3
Данная защита была реализована путем интеграции разъединяющего π-импульса на кубите памяти в экспериментальную последовательность, которая следует за событием обнаружения, при этом гарантируя, что все фазы, которые подхватываются из-за вероятностного характера удаленного процесса запутывания, компенсируются в реальном времени (3a).
На 3b показаны результаты проверки производительности вышеописанной последовательности при постоянном состоянии суперпозиции в кубите памяти. Было выявлено, что без разъединяющего импульса затухание длины блоховского вектора не изменяется попытками запутывания. Напротив, когда применяется импульс, затухание замедляется почти в 6 раз. Это дает константу затухания N1/e, равную ≈5300 попыткам запутывания, что является самым высоким числом, зарегистрированным на сегодняшний день для алмазных устройств.
Стоит отметить, что высокоточное считывание кубита памяти требуется как при подготовке телепорта (у Боба), так и во время самого протокола телепортации (у Чарли). Кубит памяти считывается путем сопоставления его состояния с коммуникационным кубитом с использованием квантовой логики, за которым следует однократное считывание коммуникационного кубита с использованием оптического возбуждения и обнаружения, зависимых от состояния.
Из-за ограниченной эффективности сбора фотонов (≈10%) и конечной цикличности оптического перехода (≈99%) точность считывания коммуникационного кубита различна для |0⟩ и |1⟩ и вероятность присвоения правильного состояния значительно выше, если был обнаружен один или несколько фотонов (присвоенный результат 0), чем если бы фотоны не были обнаружены (присвоенный результат 1).
Ранее ученым удалось обойти это ограничение, обусловив получение именно результата 0. Однако такой подход плохо масштабируется, поскольку вызывает преждевременное прерывание протокола с вероятностью >50% при каждом считывании кубита памяти. Решением этой проблемы стало повторяющееся считывание кубита памяти (3c), т. е. поочередное сопоставление вычислительных базовых состояний кубита памяти с состоянием коммуникационного кубита |0⟩. На 3d показана верность n-го повторения считывания для двух начальных состояний кубита памяти на Бобе. Каждое повторное считывание снижало верность всего лишь на 1%, что говорит о возможности нескольких считываний без каких-либо значимых потерь.
Затем назначалось состояние за счет первого считывания, а последовательность продолжалась только в том случае, если последующие считывания согласовывались с первым. На 3e показана верность считывания, полученная в результате вышеописанной методики. Использования двух считываний уже было достаточно, чтобы снизить погрешность с 6% до 1%. В результате верность для Боба составила 99.2%, а для Чарли — 98.1%, вероятность продолжения последовательности составила 88%.
Изображение №4
После внедрения в систему всех вышеописанных улучшений ученые приступили к фактической реализации протокола телепортации (4a).
Первым делом создавалась запутанность между Алисой и Бобом, сохраняя часть запутанного состояния Боба в кубите памяти посредством скомпилированной операции SWAP.
Далее генерировалась запутанность между Бобом и Чарли, сохраняя при этом первое запутанное состояние кубита памяти с последовательностью импульсов. Затем выполнялось BSM для Боба с последующей проверкой CR.
Последовательность продолжалась, если считывание коммуникационного кубита давало результат 0, считывание кубита памяти давало согласованный результат, а проверка CR была успешно пройдена.
На Чарли выполнялся квантовый вентиль*, который зависит от результата BSM и от того, какие детекторы активировались во время генерации двухузловой запутанности.
Затем состояние запутанности переносилось на кубит памяти. В этот момент телепорт готов, а Алиса и Чарли находятся в запутанном состоянии с оценочной верностью в 0.61.
Далее на коммуникационном кубите Чарли генерировалось состояние кубита для телепортации (|ψ⟩) и запускался протокол телепортации. BSM выполняется на кубитах связи и памяти в Чарли. За исключением непосредственно самой телепортации, последовательность продолжалась только тогда, когда был получен результат 0 на коммуникационном кубите, когда есть последовательный шаблон считывания на кубите памяти и когда Чарли проходит проверку CR. Считывания BSM отправлялись Алисе, и, применяя соответствующую вентильную операцию, система получала |ψ⟩ на стороне Алисы.
Ученые произвели телепортацию шести кардинальных состояний (±X, ±Y, ±Z), которые образуют несмещенный набор, после чего измерили верность телепортированных состояний (4b). Средняя верность составила 0.702(11) при экспериментальной скорости 1/(117 с).
Различия в верности между телепортированными состояниями возникают из-за взаимодействия ошибок в разных частях протокола, которые либо влияют на все три оси (ошибки деполяризации), либо влияют только на две оси (ошибки дефазировки). На 4c показана верность телепортации для каждого из возможных результатов BSM.
В заключение ученые продемонстрировали, что сеть может обеспечить безусловную телепортацию между Алисой и Чарли, используя BSM детерминированным образом. Для этого протокол на Чарли был пересмотрен, чтобы учитывать оба результата кубита связи (1 и 0), использовать все шаблоны считывания кубита памяти и игнорировать результат проверки CR после BSM. Использование этого полностью детерминированного BSM снижает среднюю точность телепортации на несколько процентов (4d). Однако, как говорилось ранее, уменьшение ширины окна обнаружения может исправить эту проблему. В результате было установлено, что средняя верность телепортации действительно увеличивается с уменьшением окна и достигает 0.688(10) при 7.5 нс и скорости 1/(100 с). Следовательно, квантовая сеть способна выполнять телепортацию за пределами классических ограничений, даже при строгом условии, что каждое состояние, интегрированное в телепорт, должно быть передано.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.
В рассмотренном нами сегодня труде ученым удалось успешно телепортировать кубит между двумя несвязанными между собой узлами, названными Алиса и Чарли. Сам процесс телепортации осуществлялся в несколько этапов. Прежде всего необходимо было подготовить сам телепорт, т. е. создать запутанное состояние между Алисой и Чарли, которые не были физически связаны напрямую друг с другом, но оба были связаны с узлом по имени Боб. Чтобы создать запутанное состояние между Алисой и Чарли, необходимо было создать запутанное состояние между Алисой и Бобом. Затем Боб, сохраняя часть этого состояния, создавал запутанное состояние с Чарли. Другими словами, Боб выступал в роли переговорщика или посредника, устанавливающего связь между Алисой и Чарли.
Когда телепорт готов, необходимо по нему что-то отправить, а именно кубит, который генерировался в Чарли. И, наконец, сама телепортация. Для этого Чарли производит одновременное измерение на своем квантовом процессе и на своей запутанной половине (вторая половина у Алисы). В результате этого измерения информация на стороне Чарли «исчезает» и «появляется» на стороне Алисы. Завершает это процесс расшифровка переданной информации на стороне Алисы, так как она была изначально зашифрована (ключ к шифру определяется результатом измерения Чарли).
Несмотря на то, что подобные процессы, как и вся квантовая физика, вызывают головокружение и полное переосмысление бытия, результаты таких исследований могут разительным образом отразиться на нашей жизни. В будущем ученые намерены усовершенствовать свой телепорт, поменяв вышеописанные шаги процедуры местами. Другими словами, сначала получается кубит, а потом идет подготовка телепортации. Это крайне сложно, так как квантовая информация, которая должна быть телепортирована, должна храниться во время создания запутанности. Плюсами такого варианта протокола является возможность телепортировать данные в любой момент и делать это неоднократно.
Пока это лишь первые шаги, которые для широкой общественности практически ничего не значат. Однако в будущем подобного рода исследования могут стать основой для квантового интернета, который однозначно повлияет на множество аспектов жизни нашей цивилизации.