Gvildenant kvantinį susietumą

Kvantiniu susietumu vadinamas reiškinys, kuris susieja dvi daleles (pavyzdžiui, fotonus) taip, kad pokyčiai, kurie pasireiškia vienai dalelei, akimirksniu paveikia ir kitą dalelę, net jeigu jas skiria ištisi šviesmečiai.

„Nepaisant neįtikėtino kvantinės mechanikos pasisekimo, jos išbaigtumas eksperimentiškai vis dar nėra įrodytas net ir prabėgus daugiau nei 75 metams“, – pasakoja dr. Alesandras Fedrizis (Alessandro Fedrizzi) iš Kvinslendo universiteto (Australija).

A. Fedrizis savo tyrimus aprašė kartu su Vienos universiteto (Austrija) mokslininkais, kuriems vadovavo profesorius Antonas Zeilingeris (Anton Zeilinger).

Dar 1935 m. pasirodžiusiame straipsnyje fizikai Albertas Einšteinas, Borisas Podolskis ir Natanas Rouzenas įrodinėjo, jog „kvantinis mechaninis fizikinės tikrovės aprašymas yra neišbaigtas“. Pasak šios trijulės, tam, kad būtų galima paaiškinti sveikai intuicijai prieštaraujančius susietųjų dalelių eksperimentų rezultatus, privalo egzistuoti tam tikri „paslėpti kintamieji“, mat informacija tarp dalelių negali sklisti greičiau, nei tai daro šviesa. Kitaip tariant, kvantinė mechanika yra neišbaigta teorija, nes prieštarauja fizikinei realybei, todėl reikia įvesti tam tikrus „paslėptus kintamuosius“, kurie paaiškintų paradoksalųjį kvantinį susietumą.

1964 m. Džonas Belas išvedė žymiąją Belo nelygybę – teorinį pagrindą, kuriuo remiantis galima patikrinti, ar tokie paslėpti kintamieji egzistuoja. Pagal šią nelygybę, kiekvienas kvantinis objektas pasižymi tiksliai apibrėžta būsena, kuri savyje turi visas išmatuojamas savybes, o tolimi objektai negali apsikeisti informacija didesniu nei šviesos greičiu. Tokias tiksliai apibrėžtas būsenas galima pavadinti tiesiog paslėptais kintamaisiais. Belas parodė, jog kvantinėje mechanikoje nelygybę įmanoma pažeisti, todėl kvantiniam susietumui kelias lieka atviras.

Jau daugiau kaip 50 metų fizikai bando eksperimentiškai patvirtinti, ar realiame pasaulyje Belo nelygybė iš tiesų yra pažeidžiama. Tam tikslui yra sugalvota įvairių vadinamųjų Belo testų. Nors iki šiol daugybė tokių testų byloja kvantinės mechanikos naudai, kai kurie tyrėjai vis dar abejoja šio metodo patikimumu dėl atskleistų trūkumų, kurie atitinkamai vadinami aptikimo (ne visas daleles galima aptikti), lokalumo (parinktos vieno matavimo sąlygos arba jų rezultatai gali turėti įtakos kito matavimo rezultatams) ir pasirinkimo laisvės (pats matavimo sąlygų parinkimas gali paveikti arba gali būti paveiktas paslėptų kintamųjų, kuriuos perneša dalelių pora) spragomis.

Savo darbe, išspausdintame „Proceedings of the Natural Academy of Sciences“, Fedrizis ir jo kolegos atliko Belo testą, kuriame nebeliko lokalumo ir pasirinkimo laisvės spragų. Tam tyrėjams prireikė susietųjų fotonų ir dviejų Atlanto vandenyno salų.

Mokslininkai itin kruopščiai nustatė fotonų išspinduliavimo vietos bei laiko atskaitos taškus. Per keturis 600 sekundžių trukmės matavimus, atliktus 144 kilometrų atstumu, pavyko sukurti 19917 fotonų porų, kurios aiškiai pažeidė Belo nelygybę, nusverdamos svarstykles kvantinės mechanikos naudai.

Straipsnio autoriai pabrėžia, kad kol kas šis eksperimentas yra arčiausiai siekiamo tikslo – Belo testo, kuris neturėtų jokių teorinių spragų.

„Mes vis dar bandome sugalvoti tokį eksperimentą, o tai šiek tiek gali užtrukti, – teigia Fedrizis. – Vis dėlto pasirinkimo laisvės spragos pašalinimas gerokai sumažino klasikinių teorijų galimybes paaiškinti kvantinę mechaniką, todėl tai svarbus žingsnis užverčiant šį nelengvą mokslo puslapį“.

Aktualios nuorodos

Vaizdinė CAPTCHA užduotis