Încordarea cuantică rămâne unul dintre cele mai provocatoare domenii de studiu pentru fizicienii moderni. Descriși de Einstein drept „acțiune înspăimântătoare la distanță”, oamenii de știință au căutat mult timp să concilieze modul în care acest aspect al mecanicii cuantice poate coexista cu mecanica clasică. În esență, faptul că două particule pot fi conectate pe distanțe mari încalcă regulile localității și ale realismului.
În mod oficial, aceasta este o încălcare a Ineqaulity-ului lui Bell, o teorie care a fost folosită de zeci de ani pentru a arăta că localitatea și realismul sunt valabile, în ciuda inconsistenței cu mecanica cuantică. Cu toate acestea, într-un studiu recent, o echipă de cercetători de la Universitatea Ludwig-Maximilian (LMU) și Institutul Max Planck pentru Optica Cuantică din Munchen au efectuat teste care încalcă din nou inegalitatea lui Bell și dovedește existența încurcării.
Studiul lor, intitulat „Testul clopotului gata de evenimente folosind atomi blocați simultan închiderea detecției și lacunele localității”, a fost publicat recent în Scrisori de revizuire fizică. Condusă de Wenjamin Rosenfeld, fizician la LMU și Institutul Max Planck pentru Optica Cuantică, echipa a căutat să testeze inegalitatea lui Bell prin împrăștierea a două particule la distanță.
Inegalitatea lui Bell (numită după fizicianul irlandez John Bell, care a propus-o în 1964) afirmă în esență că proprietățile obiectelor există independent de a fi observate (realism) și nici o informație sau influență fizică nu se poate propaga mai repede decât viteza luminii (localitate). Aceste reguli au descris perfect realitatea pe care o experimentăm ființele umane zilnic, în care lucrurile sunt înrădăcinate într-un anumit spațiu și timp și există independent de un observator.
Cu toate acestea, la nivel cuantic, lucrurile nu par să respecte aceste reguli. Nu numai că particulele pot fi conectate în mod non-local pe distanțe mari (adică încurcarea), dar proprietățile acestor particule nu pot fi definite până când nu sunt măsurate. Și deși toate experimentele au confirmat că predicțiile mecanicii cuantice sunt corecte, unii oameni de știință au continuat să susțină că există lacune care permit realizarea realismului local.
Pentru a aborda acest lucru, echipa din München a efectuat un experiment folosind două laboratoare la LMU. În timp ce primul laborator a fost amplasat în subsolul departamentului de fizică, al doilea a fost amplasat în subsolul departamentului de economie - aproximativ 400 de metri distanță. În ambele laboratoare, echipele au capturat un singur atom de rubidiu într-o capcană topică și apoi au început să le excite până când au eliberat un singur foton.
După cum a explicat dr. Wenjamin Rosenfeld într-un comunicat de presă al Institutului Max Planck:
„Cele două stații noastre de observare sunt operate independent și sunt echipate cu propriile lor sisteme de control cu laser. Din cauza distanței de 400 de metri dintre laboratoare, comunicarea de la unul la celălalt ar avea 1328 de nanosecunde, ceea ce este mult mai mult decât durata procesului de măsurare. Deci, nicio informație privind măsurarea într-un laborator nu poate fi utilizată în celălalt laborator. Așa am închis portița localității. ”
Odată ce cei doi atomi de rubidiu au fost excitați până la eliberarea unui foton, stările de centrifugare ale atomilor de rubidiu și stările de polarizare ale fotonilor au fost înțepate în mod eficient. Fotonii au fost apoi cuplați în fibre optice și ghidați la un set unde au fost aduși la interferențe. După efectuarea unui test de măsurare timp de opt zile, oamenii de știință au putut să adune aproximativ 10.000 de evenimente pentru a verifica dacă există înțelegeri.
Acest lucru ar fi fost indicat de rotirile celor doi atomi de rubidiu prinși, care ar fi îndreptați în aceeași direcție (sau în direcția opusă, în funcție de tipul de încurcătură). Ceea ce a găsit echipa din Munchen a fost că, pentru marea majoritate a evenimentelor, atomii erau în același stat (sau în statul opus) și că existau doar șase abateri în concordanță cu inegalitatea lui Bell.
Aceste rezultate au fost, de asemenea, mult mai semnificative statistic decât cele obținute de o echipă de fizicieni olandezi în 2015. În scopul studiului respectiv, echipa olandeză a efectuat experimente folosind electroni în diamante la laboratoare aflate la 1,3 km distanță. În cele din urmă, rezultatele lor (și alte teste recente privind inegalitatea lui Bell) au demonstrat că înțelegerea cuantică este reală, închizând efectiv lacunele realismului local.
După cum a explicat Wenjamin Rosenfeld, testele efectuate de echipa sa au depășit, de asemenea, aceste alte experimente, abordând o altă problemă majoră. „Am putut determina starea de centrifugare a atomilor foarte rapid și foarte eficient”, a spus el. „Prin urmare, am închis o a doua lacună potențială: presupunerea că încălcarea observată este cauzată de un eșantion incomplet de perechi de atomi detectați”.
Obținând dovada încălcării inegalității lui Bell, oamenii de știință nu ajută doar la rezolvarea unei incongruențe durabile între fizica clasică și cea cuantică. De asemenea, ei deschid ușa unor posibilități interesante. De exemplu, de ani de zile, oamenii de știință au anticipat dezvoltarea procesoarelor cuantice, care se bazează pe legături pentru a simula zerourile și cele ale codului binar.
Calculatoarele care se bazează pe mecanica cuantică ar fi exponențial mai rapide decât microprocesoarele convenționale și ar genera o nouă eră de cercetare și dezvoltare. Aceleași principii au fost propuse și pentru cibersecuritate, unde criptarea cuantică ar fi folosită pentru informația cypher, ceea ce o face invulnerabilă pentru hackerii care se bazează pe computere convenționale.
Nu în ultimul rând, dar cu siguranță nu în ultimul rând, există conceptul de Quantum Entanglement Communications, o metodă care ne-ar permite să transmitem informații mai repede decât viteza luminii. Imaginează-ți posibilitățile de călătorie și explorare spațială dacă nu mai suntem legați de limitele comunicării relativiste!
Einstein nu a greșit atunci când a caracterizat încurcările cuantice drept „acțiune înspăimântătoare”. Într-adevăr, o mare parte din implicațiile acestui fenomen sunt încă la fel de înspăimântătoare pe cât de fascinante pentru fizicieni. Dar, cu cât ne apropiem de înțelegerea acestuia, cu atât vom fi mai aproape de a dezvolta o înțelegere a modului în care toate forțele fizice cunoscute ale Universului se potrivesc - de asemenea. o Teorie a Totului!
