Квантовото заплитане остава една от най-трудните области на изучаване на съвременните физици. Описан от Айнщайн като „призрачно действие на разстояние“, учените отдавна се стремят да съгласуват как този аспект на квантовата механика може да съществува съвместно с класическата механика. По същество фактът, че две частици могат да бъдат свързани на големи разстояния, нарушава правилата за местност и реализъм.
Формално това е нарушение на Bene's Ineqaulity, теория, която се използва от десетилетия, за да покаже, че локалността и реализмът са валидни, въпреки че са в противоречие с квантовата механика. Въпреки това, в скорошно проучване екип от изследователи от университета Людвиг-Максимилиан (LMU) и Института за квантова оптика на Макс Планк в Мюнхен проведоха тестове, които отново нарушават неравенството на Бел и доказват съществуването на заплитане.
Проучването им, озаглавено „Тест за готовност за звънене с използване на заплетени атоми, едновременно затварящи вратички за откриване и локалност“, беше наскоро публикуван в Писма за физически преглед, Воден от Вениамин Розенфелд, физик в LMU и Института за квантова оптика на Института Макс Планк, екипът се опита да тества неравенството на Бел, като заплете две частици на разстояние.
Неравенството на Бел (кръстено на ирландския физик Джон Бел, който го предложи през 1964 г.) по същество заявява, че свойствата на обектите съществуват независимо от наблюдението (реализъм) и никаква информация или физическо влияние не могат да се разпространяват по-бързо от скоростта на светлината (локалност). Тези правила отлично описват реалността, която хората преживяваме ежедневно, където нещата се коренят в определено пространство и време и съществуват независимо от наблюдател.
На квантово ниво обаче изглежда нещата не следват тези правила. Не само че частиците могат да бъдат свързани по не локални начини на големи разстояния (т.е. заплитане), но и свойствата на тези частици не могат да бъдат определени, докато не бъдат измерени. И докато всички експерименти потвърждават, че прогнозите на квантовата механика са верни, някои учени продължават да твърдят, че има вратички, които позволяват местния реализъм.
За да се справи с това, екипът в Мюнхен проведе експеримент, използвайки две лаборатории в LMU. Докато първата лаборатория се намираше в мазето на катедрата по физика, втората беше разположена в сутерена на икономическия отдел - приблизително на 400 метра. И в двете лаборатории екипите уловиха един атом рубидий в актуален капан и след това започнаха да ги вълнуват, докато не пуснат нито един фотон.
Както обясни д-р Вениамин Розенфелд в съобщение за съобщението на Институт Макс Планк:
„Нашите две наблюдателни станции се управляват независимо и са оборудвани със собствени лазерни и контролни системи. Поради 400 метра разстояние между лабораториите, комуникацията от една до друга би отнела 1328 наносекунди, което е много повече от продължителността на процеса на измерване. Така че, в другата лаборатория не може да се използва информация за измерването в едната. Така затваряме вратичката за местността. "
След като двата атома на рубидия бяха възбудени до точката на освобождаване на фотон, спиновите състояния на атомите на рубидия и състоянията на поляризация на фотоните бяха ефективно заплетени. След това фотоните се свързват в оптични влакна и се насочват към устройство, където те се довеждат до смущения. След провеждането на измерване в продължение на осем дни, учените успяха да съберат около 10 000 събития, за да проверят за заплитане на знаци.
Това би било указано от завъртанията на двата хванати атома на рубидий, които биха насочени в същата посока (или в обратна посока, в зависимост от вида на заплитане). Мюнхенският екип откри, че за по-голямата част от събитията атомите са в същото състояние (или в противоположно състояние) и че има само шест отклонения, съответстващи на неравенството на Бел.
Тези резултати също бяха статистически по-значими от тези, получени от екип от холандски физици през 2015 г. Заради това проучване холандският екип проведе експерименти, използвайки електрони в диаманти в лаборатории, които бяха на разстояние 1,3 км. В крайна сметка техните резултати (и други скорошни тестове за неравенството на Бел) показват, че квантовото заплитане е истинско, което ефективно затваря вратичката на местния реализъм.
Както обясни Венджамин Розенфелд, тестовете, проведени от неговия екип, също надминаха тези други експерименти, като се спряха на друг основен проблем. „Успяхме да определим спиновото състояние на атомите много бързо и много ефективно“, каза той. „По този начин затворихме втора потенциална вратичка: предположението, че наблюдаваното нарушение е причинено от непълна извадка от открити атомни двойки“.
Чрез получаване на доказателство за нарушаването на неравенството на Бел, учените не само помагат да се разреши трайната несъответствие между класическата и квантовата физика. Те също отварят вратата към някои вълнуващи възможности. Например от години ученият предвижда развитието на квантови процесори, които разчитат на заплитания, за да симулират нулите и тези на двоичния код.
Компютрите, които разчитат на квантовата механика, биха били експоненциално по-бързи от конвенционалните микропроцесори и биха въвели в нова ера на научни изследвания и разработки. Същите принципи са предложени и за киберсигурността, при която квантовото криптиране би било използвано за кипърска информация, което я прави неуязвима за хакерите, които разчитат на конвенционални компютри.
Не на последно място, но със сигурност не на последно място, съществува концепцията на Quantum Entanglement Communications - метод, който би ни позволил да предаваме информация по-бързо от скоростта на светлината. Представете си възможностите за космическо пътуване и проучване, ако вече не сме обвързани от границите на релативистката комуникация!
Айнщайн не сгреши, когато определи квантовите сплетения като „призрачно действие“. Всъщност голяма част от последиците от това явление все още са толкова плашещи, колкото и очарователни за физиците. Но колкото по-близо стигнем до разбирането му, толкова по-близо ще бъдем към развитието на разбирането за това как всички познати физически сили на Вселената се сближават заедно - ака. теория на всичко!
