Квантова моторошність без заплутаності: новий погляд на нелокальність у фізиці
В останні десятиліття квантова механіка перестала бути предметом виключно академічних дискусій і все більше проникає в сферу практичних додатків, від квантових комп’ютерів до криптографії. Однак, незважаючи на ці успіхи, фундаментальні питання про природу квантового світу продовжують хвилювати розум фізиків. Одне з найбільш захоплюючих питань – що саме робить квантову механіку такою дивною і відмінною від нашого повсякденного досвіду?
Недавній експеримент, проведений групою вчених з Нанкінського університету в Китаї, відкриває нову главу в цій історії. Вони змогли відтворити результати знаменитого тесту Белла, що демонструє нелокальність квантових кореляцій,без використання заплутаності – явища, яке довгий час вважалося необхідною умовою для прояву цих кореляцій.
Що таке тест Белла і чому він важливий?
Щоб зрозуміти значення цього відкриття, необхідно коротко повернутися до історії тесту Белла. У 1964 році Джон Стюарт Белл розробив елегантний мислительний експеримент, який дозволив визначити, чи узгоджується наш світ з прогнозами квантової механіки або ж існує більш “класичне” пояснення реальності. Суть тесту Белла полягає в порівнянні результатів вимірювань, проведених двома експериментаторами (Алісою і Бобом), на віддалених один від одного частинках. Якщо кореляції між результатами вимірювань перевищують певний поріг (нерівність Белла), це свідчить про те, що частинки пов’язані нелокально – тобто, їх стан впливає один на одного миттєво, незалежно від відстані між ними.
Спочатку, тест Белла був сформульований як спосіб перевірити передбачення квантової механіки про заплутаність. Заплутаність-це явище, при якому дві або більше частинок виявляються зв’язаними таким чином, що їх стани взаємозалежні, навіть якщо вони розділені величезною відстанню. Вимірювання стану однієї частинки миттєво визначає стан іншої, що, здавалося б, суперечить принципу локальності – ідеї про те, що об’єкт може бути підданий впливу тільки свого безпосереднього оточення.
Майже всі експерименти, проведені після публікації роботи Белла, підтвердили порушення нерівності Белла, що послужило вагомим аргументом для нелокальності, а отже, і для квантової механіки. Однак усі ці експерименти використовували заплутані частинки. Тепер, завдяки китайським вченим, ми знаємо, що нелокальність може проявлятися і без заплутаності.
Як китайські вчені досягли успіху?
Ключ до успіху китайських вчених полягає у використанні особливого типу кристалів, що випромінюють два фотони при опроміненні лазером. Ці кристали мають унікальну властивість: неможливо визначити, який фотон “народився” в якому кристалі, і їх траєкторії не відрізняються. Цей стан, який називається “нерозрізнюваність траєкторії”, дозволяє створити кореляції між фотонами без їх заплутаності.
Експеримент полягав у тому, що Аліса та Боб, кожен з яких мав набір оптичних пристроїв та детекторів, проводили вимірювання властивостей фотонів. Застосування нерівності Белла до результатів вимірювань показало, що фотони пов’язані більш тісно, ніж можна пояснити будь-яким локальним ефектом.
Критика та перспективи
Однак, як і будь-який науковий прорив, цей експеримент викликав ряд питань і критики. Деякі вчені стверджують, що метод “подальшої селекції”, який використовують китайські вчені, робить незрозумілим, чи можна остаточно оцінити нелокальність не заплутаних фотонів. Інші висловлюють занепокоєння тим, що результати можуть бути пояснені змовою між Алісою та Бобом, або що експеримент недостатньо суворий, щоб виключити всі можливі альтернативні пояснення.
Незважаючи на ці критичні зауваження, експеримент китайських вчених є важливим кроком вперед у розумінні квантової механіки. Він змушує нас переосмислити наше уявлення про нелокальність і шукати нові пояснення дивної поведінки квантового світу.
Квантова механіка-це не просто набір рівнянь, що описують поведінку мікросвіту. Це вікно в зовсім іншу реальність, яка кидає виклик нашим інтуїтивним уявленням про простір, час та причинність.
Мій особистий погляд на ситуацію
Я вважаю, що цей експеримент є прекрасним прикладом того, як науковий прогрес відбувається не завжди лінійно. Часто, щоб зробити крок вперед, необхідно переглянути усталені уявлення і шукати нові підходи. В даному випадку, китайські вчені не намагалися спростувати теорію Белла, а скоріше розширили наше розуміння її застосування.
Особливо цікаво, що експеримент показує, що” нерозрізненість траєкторії ” може бути ключовим інгредієнтом, необхідним для створення нелокальних кореляцій. Це відкриває нові можливості для дослідження квантових явищ і розробки нових технологій.
Уявіть, що ми можемо використовувати нерозрізненість траєкторії для створення квантових пристроїв, які будуть працювати швидше та ефективніше, ніж існуючі.
Я також згоден з тим, що для остаточного підтвердження результатів китайських вчених необхідно провести додаткові експерименти, які будуть більш суворими і виключать можливість альтернативних пояснень. Однак, навіть у нинішньому вигляді, цей експеримент є важливим внеском у науку і змушує нас замислитися над фундаментальними питаннями про природу реальності.
Укладення
Експеримент китайських вчених, що демонструє нелокальність без заплутаності, є яскравим прикладом того, як наукові відкриття можуть перевернути наші уявлення про світ. Він змушує нас переосмислити наші уявлення про квантову механіку і шукати нові підходи до розуміння фундаментальних питань про природу реальності. Цей експеримент-не кінець історії, а скоріше початок нової глави в дослідженні квантового світу, яка обіцяє бути не менш захоплюючою і повною сюрпризів.
Майбутнє квантової науки – це не лише створення квантових комп’ютерів та криптографічних систем. Це також поглиблення нашого розуміння фундаментальних законів, що керують Всесвітом.
