Prima imagine a inseparabilităţii cuantice
Oamenii de știință au obţinut prima fotografie a inseparabilităţii cuantice, un fenomen atât de ciudat încât fizicianul Albert Einstein l-a descris drept o „acțiune înfricoşătoare la distanță”.
În imaginea surprinsă de către fizicienii de la University of Glasgow, Scoția, se poate observa, pentru prima dată, modul cum interacţionează particulele cuantice aflate într-o stare de inseparabilitate cuantică.
Acest tip de interacţiune stă la baza mecanicii cuantice și a computerelor cuantice.
Inseparabilitatea cuantică este un fenomen din fizica cuantică în care particulele elementare se corelează reciproc şi interacţionează într-un mod previzibil între ele, indiferent de cât de departe se află unele faţă de altele.
Din acest motiv, Einstein a descris inseparabilitatea cuantică drept o „acţiune înfricoșătoare la distanță”.
În imaginea obţinută de fizicienii din Scoţia se observă legătura care există între doi fotoni în timp ce interacţionează într-o stare de inseparabilitate cuantică. Fotonul este particula elementară responsabilă pentru toate fenomenele electromagnetice.
Paul-Antoine Moreau, autorul principal al lucrării în care a fost dezvăluită imaginea, a declarat pentru BBC că această imagine este „o demonstrație elegantă a unei proprietăți fundamentale a naturii”.
Experimentul a presupus obţinerea a patru imagini ale unor fotoni aflaţi într-o stare de inseparabilitate cuantică în timpul a 4 tranziții de fază diferite.
Imaginea obținută de fizicieni este cea de mai jos.
Inseparabilitatea cuantică în imagini. Credit: Moreau și colaboratorii, Science Advances
Fizicienii au generat o pereche formată din 2 fotoni aflaţi într-o stare de inseparabilitate cuantică cu ajutorul unui cristal de borat de bariu şi a unui laser.
Lungimea de undă a fasciculului laser care a trimis fotonul incident prin cristalul de borat de bariu a fost de 355 nm, iar lungimea de undă a fotonilor inseparabili cuantic care au ieşit din cristalul de borat de bariu a fost de 710 nm.
Montajul experimental este prezentat în imaginea de mai jos.
Montajul experimental pentru testarea inseparabilității cuantice. Credit: Moreau și colaboratorii, Science Advances
Se observă cum fasciculul de fotoni aflaţi în starea de inseparabilitate cuantică, care a fost produs în cristalul de borat de bariu (BBO-β-Barium Borâte) reprezentat în stânga jos a imaginii, este separat cu ajutorul separatorului de fascicule BS (Beam Splitter) astfel încât unul dintre fotoni să treacă prin ramura din stânga a montajului experimental unde suferă 4 tranziţii de fază, ca urmare a trecerii printr-un filtru de fază, iar al doilea foton îşi continuă drumul fără a trece printr-un filtru de fază.
Cu ajutorul unei camere foto, fizicienii au constatat că ambii fotoni au suferit aceleaşi tranziţii de fază, chiar dacă al doilea foton nu a trecut printr-un filtru de faza.
Cu alte cuvinte, două particule aflate într-o stare de inseparabilitate cuantică păstrează între ele o conexiune fundamentală chiar dacă sunt separate în spaţiu, astfel încât la orice acțiune efectuată asupra unei particule cealaltă particulă pereche va răspunde instantaneu.
Este celebră afirmaţia lui Albert Einstein care a descris inseparabilitatea cuantică drept o „acțiune înfricoşătoare la distanță”, dar fizicianul John Stewart Bell este cel care a ajutat la definirea inseparabilităţii cuantice și a stabilit un test al acesteia cunoscut sub numele de „inegalitatea lui Bell”.
Fizicianul John Bell a sugerat că trebuie să existe o limită superioară, descrisă de „inegalitatea lui Bell”, a gradului de corelare între măsurătorile efectuate asupra fiecărui membru al unei perechi de particule corelate cuantic, fiecare particulă din Univers având propriile sale proprietăți măsurabile.
Cu toate acestea, fizicienii au observat corelații care depășesc această limită superioară, ceea ce confirmă existenţa fenomenului de inseparabilitate cuantică şi încălcarea inegalităţii lui Bell.
„Am realizat un experiment care demonstrează încălcarea inegalității lui Bell.
Acest rezultat deschide calea către noi scheme imagistice cuantice și sugerează posibilitatea realizării unor scheme de informații cuantice bazate pe variabile spațiale”, afirmă fizicienii.
Studiul cercetătorilor a fost publicat în Science Advances.
Sursă: Science Alert