Fizyka kwantowa naśladuje upiorne działania z przeszłości na Uniwersytecie Wiedeńskim
Cztery fotony mogą być wytwarzane i przetwarzane w taki sposób, że można później zdecydować, w jakim stanie kwantowym były dwie cząstki. Źródło: Jon Heras, Equinox Graphics Ltd.
Fizycy z grupy prof. Antona Zeilingera z Institute of Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI), University of Vienna oraz Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) po raz pierwszy zademonstrowali w eksperymencie że decyzja, czy dwie cząstki były splątane, czy też w stanie kwantowym, może zostać podjęta nawet po zmierzeniu tych cząstek i może już nie istnieć. Ich wyniki zostaną opublikowane w tym tygodniu w czasopiśmie Nature Physics.
Według austriackiego fizyka Erwina Schrödingera splątanie jest charakterystyczną cechą mechaniki kwantowej. Oprócz kluczowej roli dla podstaw fizyki splątanie jest również kluczowym zasobem dla przyszłych technologii informacji kwantowej, takich jak kryptografia kwantowa i obliczenia kwantowe. Splątane cząstki wykazują korelacje, które są silniejsze i bardziej skomplikowane niż te dozwolone przez prawa fizyki klasycznej. Jeśli dwie cząstki są w splątanym stanie kwantowym, mają doskonale określone właściwości połączenia kosztem utraty swoich indywidualnych właściwości. To tak, jakby mieć dwie kości, które nie mają orientacji, dopóki nie zostaną poddane pomiarowi, na których z pewnością pokażą tę samą (losową) stronę do góry. Natomiast tak zwane separowalne stany kwantowe pozwalają na klasyczny opis, ponieważ każda cząstka sama ma dobrze zdefiniowane właściwości. Dwie kości, każda z nich z własną dobrze zdefiniowaną orientacją, są w stanie do rozdzielenia. Można by pomyśleć, że przynajmniej natura stanu kwantowego musi być obiektywnym faktem. Albo kostka jest zaplątana, czy nie. Zespół Zeilingera wykazał teraz w eksperymencie, że nie zawsze tak jest.
Autorzy eksperymentalnie zrealizowali „eksperyment Gedanken” zwany „zamianą splątania z opóźnionym wyborem”, sformułowany przez Ashera Peresa w 2000 roku. Wytwarzane są dwie pary splątanych fotonów, a jeden foton z każdej pary jest wysyłany na imprezę o nazwie Victor. Z dwóch pozostałych fotonów jeden foton jest wysyłany na imprezę Alice, a drugi na imprezę Bob. Victor może teraz wybierać między dwoma rodzajami pomiarów. Jeśli zdecyduje się zmierzyć swoje dwa fotony w taki sposób, że będą zmuszone być w stanie zaplątanym, wówczas również para fotonów Alice i Boba zaplątają się. Jeśli Victor zdecyduje się mierzyć swoje cząsteczki indywidualnie, para fotonów Alicji i Boba znajdzie się w stanie oddzielnym. Nowoczesna technologia optyki kwantowej pozwoliła zespołowi opóźnić wybór i pomiar Victora w odniesieniu do pomiarów, które Alice i Bob wykonują na swoich fotonach. „Odkryliśmy, że to, czy fotony Alicji i Boba są splątane i wykazują korelacje kwantowe, czy też są rozdzielne i pokazują klasyczne korelacje, można ustalić po ich pomiarze”, wyjaśnia Xiao-song Ma, główny autor badania.
Według słynnych słów Alberta Einsteina skutki kwantowego splątania wyglądają jak „upiorne działanie na odległość”. Ostatni eksperyment poszedł o krok dalej. „W naiwnym klasycznym ujęciu słowa mechanika kwantowa może nawet naśladować wpływ przyszłych działań na przeszłe wydarzenia”, mówi Anton Zeilinger.
