Kvantno zapletanje i dalje je jedno od najizazovnijih podučavanja modernih fizičara. Einstein je opisao kao "sablasno djelovanje na daljinu", znanstvenici su dugo pokušavali pomiriti način na koji ovaj aspekt kvantne mehanike može koegzistirati s klasičnom mehanikom. U suštini, činjenica da se dvije čestice mogu povezati na velikim daljinama krši pravila lokaliteta i realizma.
Formalno, ovo je kršenje Bellove nepomičnosti, teorije koja se decenijama koristi kako bi pokazala da su lokalitet i realizam valjani iako nisu u skladu s kvantnom mehanikom. Međutim, u nedavnoj studiji tim istraživača sa Sveučilišta Ludwig-Maximilian (LMU) i Instituta Max Planck za kvantnu optiku u Münchenu izveo je testove koji još jednom narušavaju Bellovu nejednakost i dokazuju postojanje zapletanja.
Njihova studija pod nazivom "Bell test spremni za događaje koristeći zapletene atome koji istodobno zatvaraju rupe za otkrivanje i lokalitet" nedavno je objavljena u časopisu Pisma o fizičkom pregledu, Pod vodstvom Wenjamina Rosenfelda, fizičara iz LMU-a i Instituta Max Planck za kvantnu optiku, tim je pokušao testirati Bellovu nejednakost umetanjem dviju čestica u daljinu.
Bell-ova nejednakost (nazvana po irskom fizičaru Johnu Bellu, koji ju je predložio 1964. godine) u osnovi kaže da svojstva objekata postoje neovisno o promatranju (realizam), a niti jedan informacijski ili fizički utjecaj ne može se širiti brže od brzine svjetlosti (lokalitet). Ova su pravila savršeno opisala stvarnost koju ljudska bića svakodnevno doživljavamo, u kojoj su stvari ukorijenjene u određenom prostoru i vremenu i postoje neovisno o promatraču.
Međutim, na kvantnoj razini se čini da stvari ne slijede ta pravila. Ne samo da se čestice mogu povezati na ne-lokalne načine na velikim udaljenostima (tj. Upletenost), već se njihova svojstva ne mogu odrediti dok se ne mjere. I dok su svi pokusi potvrdili da su predviđanja kvantne mehanike tačna, neki znanstvenici i dalje tvrde da postoje rupe koje omogućuju lokalni realizam.
Da bi se pozabavili tim problemom, minhenski tim proveo je eksperiment koristeći dvije laboratorije na LMU. Dok se prvi laboratorij nalazio u podrumu odjeljenja za fiziku, drugi se nalazio u podrumu odjeljenja za ekonomiju - otprilike 400 metara. U oba laboratorija, timovi su uhvatili jedan atom rubidija u aktualnoj zamci, a zatim ih započeli uzbudljivo dok nisu pustili niti jedan foton.
Kao što je dr. Wenjamin Rosenfeld objasnio u priopćenju za javnost Instituta Max Planck:
„Naše dvije promatračke stanice djeluju neovisno i opremljene su vlastitim laserom i upravljačkim sustavima. Zbog udaljenosti od 400 metara između laboratorija, komunikacija od jednog do drugog trajala bi 1328 nanosekundi, što je puno više od trajanja postupka mjerenja. Dakle, nikakvi podaci o mjerenju u jednom laboratoriju ne mogu se koristiti u drugom. Time zatvaramo rupu u lokalu. "
Jednom kada su dva atoma rubidijuma bila pobuđena do točke oslobađanja fotona, spin stanja atoma rubidija i stanja polarizacije fotona učinkovito su se zapleli. Fotoni su zatim spojeni u optička vlakna i vođeni na postavljanje gdje su dovedeni do smetnji. Nakon što su proveli mjerenje osam dana, znanstvenici su uspjeli prikupiti oko 10 000 događaja kako bi provjerili ima li zapetljavanja znakova.
Na to bi se ukazivale vrtnje dva zarobljena atoma rubidija, koji bi bili usmjereni u istom smjeru (ili u suprotnom smjeru, ovisno o vrsti isprepletanja). Tim iz Minhena otkrio je da su za veliku većinu događaja atomi u istom stanju (ili u suprotnom stanju), te da je bilo samo šest odstupanja u skladu s Bell-ovom nejednakošću.
Ti su rezultati također bili statistički značajniji od onih koje je dobio tim nizozemskih fizičara 2015. godine. Za potrebe te studije, nizozemski tim je izveo eksperimente pomoću elektrona u dijamantima u laboratorijima udaljenim 1,3 km. Na kraju, njihovi rezultati (i drugi nedavni testovi Bellove nejednakosti) pokazali su da je kvantno zapletanje stvarno, što zapravo zatvara rupu lokalnog realizma.
Kao što je objasnio Wenjamin Rosenfeld, testovi koje je proveo njegov tim također su nadišli ove eksperimente rješavanjem drugog velikog problema. "Uspjeli smo vrlo brzo i vrlo učinkovito odrediti stanje spina atoma", rekao je. „Time smo zatvorili drugu potencijalnu rupu: pretpostavku da je uočeno kršenje uzrokovano nepotpunim uzorkom otkrivenih parova atoma“.
Dobivanjem dokaza o kršenju Bellove nejednakosti znanstvenici ne pomažu samo u rješavanju trajne neskladnosti između klasične i kvantne fizike. Oni također otvaraju vrata nekim uzbudljivim mogućnostima. Na primjer, godinama je znanstvenik predvidio razvoj kvantnih procesora, koji se oslanjaju na zaplete kako bi simulirali nula i binarni kod.
Računala koja se oslanjaju na kvantnu mehaniku bila bi eksponencijalno brža od klasičnih mikroprocesora i dovela bi se u novo doba istraživanja i razvoja. Isti principi predloženi su za cyber-sigurnost, gdje bi se kvantna enkripcija koristila za šifriranje informacija, što je čini neranjivom za hakere koji se oslanjaju na konvencionalna računala.
Posljednje, ali svakako ne najmanje bitno, postoji koncept Quantum Entanglement Communications, metoda koja bi nam omogućila da prenosimo informacije brže od brzine svjetlosti. Zamislite mogućnosti za svemirska putovanja i istraživanje ako nas više ne vežu granice relativističke komunikacije!
Einstein nije bio u krivu kada je okarakterizirao kvantne zaplete kao "sablasno djelovanje". Doista, velik dio implikacija ovog fenomena i dalje je zastrašujući koliko i fascinantni za fizičare. Ali što ga bliže shvaćamo, to ćemo bliže razvijati razumijevanje kako se sve poznate fizičke sile Svemira spajaju zajedno - aka. teorija svega!
