Nawet cząstki w odległych krańcach Wszechświata są ze sobą splątane. Dotąd była to tylko teoria, z której nie sposób było w praktyce skorzystać. A teraz polscy fizycy pokazali, jak wytworzyć dowolny typ splątania dla cząstek, które nigdy się nie spotkały. Ich badania mogą się przydać w technologiach kwantowych.
Intuicja podpowiada, że aby doszło do oddziaływania między niezależnie powstałymi cząstkami, muszą one mieć ze sobą jakiś kontakt – bezpośredni lub pośredni. W mechanice kwantowej jednak i tym razem intuicja zawodzi – uświadamiają badania polskich fizyków.
Splątanie kwantowe
– Pokazaliśmy, jak wytworzyć dowolny typ splątania dla dwóch i trzech cząstek, które nigdy się nie spotkały i nie miały możliwości kontaktu przez jakichkolwiek pośredników – informuje PAP dr hab. Paweł Błasiak z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie.
Badacz wspólnie z dr. Marcinem Markiewiczem z Uniwersytetu Gdańskiego opublikował na ten temat pracę w prestiżowym “Scientific Reports”.
W artykule badacze pokazują m.in., jak wytworzyć dowolny stan splątany dwóch i trzech kubitów (kubit to jednostka informacji – odpowiednik bita w komputerach kwantowych). Pomysły te są już stosowane w eksperymentach (w Korea Institute of Science and Technology).
Dr Błasiak tłumaczy, że jednym z największych koncepcyjnych osiągnięć w mechanice kwantowej od czasu jej powstania są tzw. nierówności Bella. – Pokazują one nielokalność, czyli używając słów Einsteina tzw. upiorne działanie na odległość (spooky-action-at-a-distance) – mówi naukowiec. Centralnym pojęciem w opisie nielokalności jest splątanie kwantowe.
I tak np. jeśli mamy dwa splątane ze sobą fotony i zmierzymy polaryzację jednego z nich, będziemy dokładnie wiedzieć, jaka jest polaryzacja drugiego. Niezależnie, gdzie on jest. Eksperymenty typu Bella pokazują, że korelacji pomiędzy pomiarami polaryzacji nie da się wytłumaczyć jakąkolwiek teorią, w której przyczyna i skutek zachowują lokalny charakter.
Dowolne stany splątane dwóch i trzech cząstek
Splątanie kwantowe jest zjawiskiem kluczowym choćby w obliczeniach komputerów kwantowych, w kryptografii kwantowej czy teleportacji kwantowej.
Takie splątanie kwantowe wytwarzano dotąd w laboratorium za pomocą oddziaływania (cząstki – mówiąc w uproszczeniu – startowały z jednego punktu). Do tej pory wydawało się, że to jedyna możliwość, aby takie stany praktycznie wytworzyć.
– Jednak sama mechanika kwantowa zawiera postulat mówiący, że wszystkie cząstki tego samego rodzaju we Wszechświecie (nawet te na przeciwnych jego krańcach) są identyczne – zwraca uwagę fizyk. Oznacza to, że na przykład wszystkie fotony (jak również inne cząstki elementarne) w całym Wszechświecie są takie same, niezależnie od dzielącej je odległości. A z tym, że są nierozróżnialne wiąże się to, że są ze sobą formalnie splątane.
Jest to jednak tylko opis matematyczny i nie było jasne, czy da się z tego splątania korzystać w czystej formie (tzn. eliminując jakakolwiek możliwość oddziaływania po drodze, które mogłoby spowodować to tajemnicze splątanie).
– To, co z kolegą dr. Marcinem Markiewiczem pokazaliśmy – rozwijając pomysły Bernarda Yurke’a i Davida Stolera – to jak wyeliminować jakiekolwiek takie dodatkowe efekty i wydobyć to splątanie w czystej formie. Pokazujemy, że ten postulat nie jest tylko matematycznym zabiegiem, ale nawet niezależnie powstałe cząstki (w odległych krańcach Wszechświata) są ze sobą od urodzenia splątane – opisuje naukowiec.
Spojrzenie polskich fizyków na razie pozwala w nowatorski sposób tworzyć dowolne stany splątane dwóch i trzech cząstek. Podejście to jednak można będzie – jak przekonują – bez trudu rozszerzyć na większą liczbę cząstek.
W ramach dalszych badań obaj naukowcy zamierzają poddać głębszej analizie postulat cząstek identycznych, zarówno z punktu widzenia interpretacji teoretycznej, jak i zastosowań praktycznych.
Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl, fot. National Institute of Standards and Technology
