Obiecałam notkę wyjaśniającą do końca tajemnicę splątania kwantowego, ale wtedy zakończyłem notkę zbyt pochopnie: "Sformułuję więc hipotezę: para cząstek, wytworzona przez zdarzenie, opisane jednym najprostszym diagramem Feynmana, zawsze jest parą splątaną". Zrozumiałem, że muszę się z tej hipotezy wycofać. Nie dlatego, że może być ona fałszywa, ale dlatego, że jest za słaba. Aby zrozumieć splątanie kwantowe wygodniej jest opierać się na hipotezie ogólniejszej:
"Każda para identycznych cząstek jest ze sobą splątana, niezależnie od tego, jak każda z tych cząstek powstała". Ta hipoteza nie jest sformułowane ściśle ani w sposób pełny, ale na razie potraktujmy to sformułowanie, jako opis najprostszego przypadku splątania. Później wrócę do przypadku splątanie trzech i większej liczby cząstek.
Zacznę od starego mitu czy marzenia fizyków kwantowych, czyli od hipotezy, którą poznałem podczas studiów na fizyce, jeszcze w latach 70-tych. Ta hipoteza mówi, że istnieje jedna wielka i skomplikowana funkcja falowa, która opisuje wszystkie cząstki we Wszechświecie. Z takiego założenia wynika prosta konsekwencja, że każda para identycznych cząstek jest ze sobą splątana. Można to sprawdzić eksperymentalnie na dwa sposoby:
1. Śledzić dwie identyczne cząstki, np. dwa elektrony, pochodzące z różnych źródeł i dokonać niezależnych pomiarów ich spinów. Nie musi to być pomiar jednoczesny, ale jeden obserwator musi zaczekać, aż drugi zmierzy spin - musi być jasne, która para została namierzona. Ponieważ kolejna badana para może dać wyniki przeciwne, więc nie może być żadnego dodatkowego elektronu - elektrony muszą być badane tak, jak sprawdza się równoliczność zbiorów - z obydwu zbiorów zabieramy po jednym elemencie. Tak rygorystyczny sposób powtarzania obserwacji gwarantuje nam, że każda para okaże się splątana.
2. Zbudować komputer kwantowy w taki sposób, żeby wykorzystywał nie tylko stany splątane kubitów wytworzonych w tradycyjny sposób - z jednego źródła, ale także stany splątane dowolnych kubitów. Jeżeli takie komputery będą działać wyraźnie szybciej (pozostałe parametry bez zmian), to będzie to pośredni, ale za to praktyczny dowód na to, że to nie tylko teoria, ale także praktyka. Nowe teorie powinny być nie tylko udowodnione, ale powinny także dawać nowe wynalazki. Dopiero wtedy znikają wątpliwości.
Wrócę teraz do tego, że nie tylko para cząstek może być splątana. Fizycy pokazali, że może być splątana np. trójka fotonów... ale obserwatorzy muszą tak nastawić polaryzatory, żeby były ustawione pod kątem 120 stopni względem siebie. Splątanie ma to do siebie, że zależy od mierzonej właściwości cząstki. Elektron ma tylko dwa stany mierzonej właściwości zwanej spinem. Właściwością fotonu, której stany mierzymy, jest polaryzacja. Jeśli ustawimy polaryzatory przeciwnie, to mamy dwa stany, jeśli pod kątem 120 stopni, to mamy trzy stany, jeśli pod kątem 90 stopni, to być może będą cztery stany i da się splątać wyniki pomiarów polaryzacji czterech fotonów, ale tego fizycy chyba jeszcze nie badali.
Istnieją cząstki (bozony inne niż foton), które mają trzy stany spinu, a nie tylko dwa. Istnieją też fermiony mające cztery stany spinu. Grawiton może mieć aż pięć różnych stanów spinu, więc dowolna piątka grawitonów będzie splątana poprzez spin. Grawitony można więc splątać na dwa sposoby, za pomocą polaryzacji, jak fotony, lub za pomoca spinu, jak fermiony.
Tak wygląda najprostsze rozumienie splątania: Każdy zbiór identycznych cząstek jest splątany, jeśli liczba cząstek w zbiorze odpowiada liczbie stanów mierzonej właściwości cząstki.
