Kvantinis įsipainiojimas išlieka viena sudėtingiausių šiuolaikinių fizikų studijų krypčių. Einšteinas apibūdino kaip „šmaikštų veiksmą per atstumą“. Mokslininkai ilgai siekė suderinti, kaip šis kvantinės mechanikos aspektas gali egzistuoti kartu su klasikine mechanika. Iš esmės tai, kad dvi daleles galima sujungti dideliais atstumais, pažeidžia lokalumo ir realizmo taisykles.
Formaliai tai yra Bell'o nenuoseklumo pažeidimas, teorija, kuri buvo naudojama dešimtmečius siekiant parodyti, jog lokalumas ir realizmas yra pagrįsti, nepaisant to, kad jie nesuderinami su kvantine mechanika. Tačiau neseniai atliktame tyrime mokslininkų komanda iš Liudviko-Maksimiliano universiteto (LMU) ir Miuncheno Maxo Plancko kvantinės optikos instituto atliko testus, kurie dar kartą pažeidžia Bello nelygybę ir įrodo, kad yra susipainioję.
Jų tyrimas, pavadintas „Įvykiams paruoštas varpo bandymas naudojant įsipainiojančius atomus kartu atliekant aptikimo ir vietovės spragas“, neseniai buvo paskelbtas Fizinės apžvalgos raštai. LMU ir Maxo Plancko kvantinės optikos instituto fiziko Wenjamino Rosenfeldo vadovaujama komanda siekė išmėginti Bello nelygybę, įkišdama dvi daleles per atstumą.
Bello nelygybė (pavadinta 1964 m. Ją pasiūliusio airių fiziko Johno Bello vardu) iš esmės teigia, kad objektų savybės egzistuoja nepriklausomai nuo stebėjimo (realizmo) ir jokia informacija ar fizinė įtaka negali plisti greičiau nei šviesos greitis (vietovė). Šios taisyklės puikiai apibūdino realybę, kurią mes kasdien patiriame žmonės, kai daiktai yra įsišakniję tam tikroje erdvėje ir laike ir egzistuoja nepriklausomai nuo stebėtojo.
Tačiau kvantiniame lygmenyje neatrodo, kad viskas atitiktų šias taisykles. Dalelės ne tik gali būti sujungtos ne vietiniu būdu dideliais atstumais (t. Y. Susipainioti), bet ir šių dalelių savybės negali būti apibrėžtos, kol jos nebus išmatuotos. Ir nors visi eksperimentai patvirtino, kad kvantinės mechanikos prognozės yra teisingos, kai kurie mokslininkai ir toliau tvirtino, kad yra spragų, leidžiančių įgyvendinti vietinį realizmą.
Siekdama išspręsti šią problemą, Miuncheno komanda atliko eksperimentą, naudodama dvi LMU laboratorijas. Kol pirmoji laboratorija buvo fizikos skyriaus rūsyje, antroji buvo ekonomikos skyriaus rūsyje - maždaug už 400 metrų. Abiejose laboratorijose komandos užfiksavo vieną rubidžio atomą aktualiame spąstuje ir tada pradėjo juos jaudinti, kol išleido vieną fotoną.
Kaip Maxo Plancko instituto pranešime spaudai paaiškino dr. Wenjaminas Rosenfeldas:
„Mūsų dvi stebėjimo stotys yra valdomos atskirai ir yra aprūpintos savo lazeriu ir valdymo sistemomis. Dėl 400 metrų atstumo tarp laboratorijų ryšių palaikymas viena su kita užtruktų 1328 nanosekundžių, o tai yra daug daugiau nei matavimo proceso trukmė. Taigi, jokia informacija apie matavimus vienoje laboratorijoje negali būti naudojama kitoje laboratorijoje. Taip pašaliname vietos spragą “.
Kai du rubidžio atomai buvo sujaudinti tiek, kad išsiskirtų fotonas, rubidžio atomų nugaros būsenos ir fotonų poliarizacijos būsenos buvo veiksmingai įsipainiojusios. Tada fotonai buvo sujungti į optinius pluoštus ir nukreipti į sąranką, kur jie buvo trikdomi. Atlikę aštuonių dienų matavimą, mokslininkai sugebėjo surinkti apie 10 000 įvykių, kad patikrintų, ar nėra įsipainiojimų.
Tai būtų buvę nurodę dviejų įstrigusių rubidžio atomų sukiniai, kurie būtų nukreipti ta pačia kryptimi (arba priešinga kryptimi, atsižvelgiant į susipainiojimą). Miuncheno komanda nustatė, kad didžiojoje daugumoje įvykių atomai buvo tos pačios būklės (arba priešingos būklės) ir kad buvo tik šeši nuokrypiai, atitinkantys Bello nelygybę.
Šie rezultatai taip pat buvo statistiškai reikšmingesni nei tie, kuriuos 2015 m. Gavo Nyderlandų fizikų komanda. To tyrimo tikslais Nyderlandų komanda atliko eksperimentus, naudojant elektronus deimantuose, laboratorijose, esančiose 1,3 km atstumu. Galų gale jų rezultatai (ir kiti naujausi „Bell's's Nelygybės“ testai) parodė, kad kvantinis įsipainiojimas yra realus ir veiksmingai panaikina vietinio realizmo spragą.
Kaip paaiškino Wenjaminas Rosenfeldas, jo komandos atlikti testai taip pat peržengė šiuos kitus eksperimentus, nes buvo išspręsta dar viena svarbi problema. „Mums labai greitai ir labai efektyviai pavyko nustatyti atomų sukinio būseną“, - sakė jis. „Tuo uždarėme antrą galimą spragą: prielaidą, kad pastebėtą pažeidimą sukelia neišsamus aptiktų atomų porų mėginys“.
Gavę įrodymus apie Bellos nelygybės pažeidimą, mokslininkai ne tik padeda išspręsti ilgalaikį klasikinės ir kvantinės fizikos nenuoseklumą. Jie taip pat atveria duris į keletą įdomių galimybių. Pavyzdžiui, daugelį metų mokslininkas numatė, kad bus kuriami kvantiniai procesoriai, kurie imsis imties ir dvejetainio kodo nulio modelių.
Kompiuteriai, kurie pasikliauja kvantine mechanika, būtų eksponentiškai greitesni nei įprasti mikroprocesoriai ir atves į naują mokslo ir plėtros amžių. Tie patys principai buvo pasiūlyti kibernetiniam saugumui, kai kvantinis šifravimas būtų naudojamas šifruoti informaciją, padarant ją neliečiamą įsilaužėlių, kurie pasitiki įprastais kompiuteriais.
Paskutinis, bet ne mažiau svarbus dalykas yra „Quantum Entanglement Communications“ koncepcija - metodas, kuris leistų mums perduoti informaciją greičiau nei šviesos greičiu. Įsivaizduokite kelionių kosmose ir tyrinėjimo galimybes, jei mūsų nebesieja ribotos reliatyvistinės komunikacijos ribos!
Einšteinas neklydo, kai apibūdino kvantinius įsipainiojimus kaip „šmaikštų veiksmą“. Iš tikrųjų daugelis šio reiškinio padarinių vis dar yra tokie bauginantys, nes žavi fizikus. Tačiau kuo arčiau mes tai suprasime, tuo arčiau busime supratimo, kaip visos žinomos visatos fizinės jėgos dera tarpusavyje - dar žinomas. visko teorija!
