Kvantu saķeršanās joprojām ir viena no mūsdienu fiziķu grūtākajām studiju jomām. Einšteins aprakstījis kā “spocīgu rīcību no attāluma”, zinātnieki jau sen centušies saskaņot, kā šis kvantu mehānikas aspekts var pastāvēt līdzās klasiskajai mehānikai. Būtībā tas, ka divas daļiņas var savienot lielā attālumā, pārkāpj lokalitātes un reālisma noteikumus.
Formāli tas ir Bell’s Ineqaulity, teorijas, kas gadu desmitiem tiek izmantots, pārkāpums, lai parādītu, ka lokalitāte un reālisms ir spēkā, neskatoties uz neatbilstību kvantu mehānikai. Tomēr nesenajā pētījumā Ludviga-Maksimiliānas universitātes (LMU) un Minhenes Maksas Planka Kvantu optikas institūta pētnieku grupa veica testus, kas vēlreiz pārkāpj Bellas nevienlīdzību un pierāda sapīšanās esamību.
Viņu pētījums ar nosaukumu “Notikumiem gatavs zvanu tests, izmantojot savijušos atomus vienlaicīgi aizverot atklāšanas un atrašanās vietas nepilnības” nesen tika publicēts Fiziskās apskates vēstules. LMU un Maksima Planka Kvantu optikas institūta fiziķa Venžamina Rozenfelda vadībā komanda mēģināja pārbaudīt Bellas nevienlīdzību, iespiežot divas daļiņas no attāluma.
Bellas nevienlīdzība (nosaukta pēc īru fiziķa Džona Bella, kurš to ierosināja 1964. gadā) būtībā apgalvo, ka objektu īpašības pastāv neatkarīgi no novērošanas (reālisma) un nekāda informācija vai fiziska ietekme nevar izplatīties ātrāk par gaismas ātrumu (lokalizāciju). Šie noteikumi lieliski aprakstīja realitāti, kādu mēs ikdienā piedzīvojam cilvēki, kad lietas sakņojas noteiktā telpā un laikā un pastāv neatkarīgi no novērotāja.
Tomēr kvantu līmenī lietas, šķiet, neatbilst šiem noteikumiem. Daļiņas var ne tikai savienot ar lokāliem līdzekļiem lielos attālumos (t.i., sapīšanās), bet arī šo daļiņu īpašības nevar noteikt, kamēr tās nav izmērītas. Un, lai gan visi eksperimenti ir apstiprinājuši, ka kvantu mehānikas prognozes ir pareizas, daži zinātnieki turpināja apgalvot, ka pastāv nepilnības, kas pieļauj vietējo reālismu.
Lai to risinātu, Minhenes komanda veica eksperimentu, izmantojot divas LMU laboratorijas. Kamēr pirmā laboratorija atradās fizikas nodaļas pagrabā, otrā - ekonomikas nodaļas pagrabā - aptuveni 400 metru attālumā. Abās laboratorijās komandas uztvēra vienu rubīdija atomu aktuālā slazdā un pēc tam sāka viņus aizraut, līdz izlaida vienu fotonu.
Kā Maksima Planka institūta paziņojumā presei skaidroja doktors Venjamins Rozenfelds:
“Divas mūsu novērotāju stacijas darbojas neatkarīgi un ir aprīkotas ar savām lāzera un vadības sistēmām. Sakarā ar 400 metru attālumu starp laboratorijām saziņai starp otru būtu vajadzīgas 1328 nanosekundēs, kas ir daudz vairāk nekā mērīšanas procesa ilgums. Tātad citā laboratorijā nevar izmantot informāciju par mērījumiem vienā laboratorijā. Tieši tā mēs aizveram nepilnības apvidū. ”
Tiklīdz divi rubīdija atomi bija satraukti līdz fotona izdalīšanās vietai, rubidija atomu spin stāvokļi un fotonu polarizācijas stāvokļi tika efektīvi sapinušies. Pēc tam fotoni tika savienoti optiskajās šķiedrās un novirzīti uz iestatījumu, kur tie tika pakļauti traucējumiem. Pēc astoņu dienu mērījumu veikšanas zinātnieki spēja savākt aptuveni 10 000 notikumu, lai pārbaudītu, vai nav pazīmju sapinšanās.
To būtu norādījuši divu iesprostoto rubīdija atomu griezieni, kas būtu vērsti vienā un tajā pašā virzienā (vai pretējā virzienā, atkarībā no saķeres veida). Minhenes komanda secināja, ka lielākajā daļā notikumu atomi bija tādā pašā stāvoklī (vai pretējā stāvoklī) un ka bija tikai sešas novirzes, kas saskanēja ar Bell's nevienlīdzību.
Šie rezultāti bija arī statistiski nozīmīgāki nekā tie, ko 2015. gadā ieguva holandiešu fiziķu grupa. Šī pētījuma labad Nīderlandes komanda veica eksperimentus, izmantojot elektronus dimantos laboratorijās, kuras atradās viena no otras 1,3 km attālumā. Rezultātā viņu rezultāti (un citi nesenie Bell's nevienlīdzības testi) parādīja, ka kvantu sapīšanās ir reāla, efektīvi aizverot vietējā reālisma nepilnības.
Kā skaidroja Wenjamin Rosenfeld, viņa komandas veiktie testi pārsniedza arī šos citus eksperimentus, pievēršoties citam nozīmīgam jautājumam. "Mēs varējām ļoti ātri un ļoti efektīvi noteikt atomu spin-stāvokli," viņš teica. “Tādējādi mēs noslēdzām otro potenciālo nepilnību: pieņēmumu, ka novēroto pārkāpumu izraisa nepilnīgs atklāto atomu pāru paraugs”.
Iegūstot pierādījumus par Bellas nevienlīdzības pārkāpumu, zinātnieki palīdz ne tikai novērst ilgstošo neatbilstību starp klasisko un kvantu fiziku. Viņi arī paver durvis uz dažām aizraujošām iespējām. Piemēram, zinātnieks gadiem ilgi ir paredzējis kvantu procesoru attīstību, kas paļaujas uz iespīlējumiem, lai simulētu nulles un binārā koda vērtības.
Datori, kas paļaujas uz kvantu mehāniku, būtu eksponenciāli ātrāki nekā parastie mikroprocesori, un tie ieviestu jaunu pētniecības un attīstības laikmetu. Tie paši principi ir ierosināti kiberdrošībai, kur informācijas šifrēšanai tiktu izmantota kvantu šifrēšana, padarot to neaizsargātu hakeriem, kuri paļaujas uz parastajiem datoriem.
Visbeidzot, bet ne mazāk svarīgi, ir Quantum Entanglement Communications koncepcija - metode, kas ļautu mums pārsūtīt informāciju ātrāk nekā gaismas ātrums. Iedomājieties kosmosa ceļojumu un izpētes iespējas, ja mūs vairs nesaista relativistiskās komunikācijas robežas!
Einšteins nekļūdījās, kad kvantu saķeršanos raksturoja kā “spocīgu darbību”. Patiešām, liela daļa šo parādību joprojām ir tikpat biedējoši, cik fiziķus aizrauj. Bet, jo tuvāk mēs to sapratīsim, jo tuvāk mēs centīsimies attīstīt izpratni par to, kā visi zināmie Visuma fiziskie spēki sader kopā - aka. teorija par visu!
