Eksperyment z niesplątanymi fotonami
Zespół badawczy stojący za tymi doniesieniami zaprojektował pomysłowe doświadczenie. Wykorzystując fotony powstające przy uderzeniu światła laserowego w specjalny kryształ, zadbali o kluczowy szczegół: uniemożliwili ustalenie pochodzenia poszczególnych cząstek światła. To zamierzone działanie wykluczało możliwość splątania fotonów przed ich wykrywaniem w oddzielnych detektorach. Naukowcy posłużyli się tzw. testem nierówności Bella, matematycznym narzędziem pozwalającym odróżnić korelacje klasyczne od kwantowych. Ten sam test stał się podstawą paradoksu EPR, który od lat 30. ubiegłego wieku stanowił intelektualne wyzwanie dla fizyków.
Czytaj też: Nowy rekord precyzji. Naukowcy zmierzyli czas życia wolnych neutronów
Wyniki okazały się dalekie od spodziewanych. Naruszenie nierówności Bella przekroczyło cztery odchylenia standardowe, co w statystyce oznacza niemal pewność, że efekt nie jest przypadkowy. Autorzy podkreślają: „tego rodzaju naruszenie z użyciem niesplątanych fotonów nie było wcześniej obserwowane”. Odkrycie wskazuje na istnienie nielokalności kwantowej bez udziału splątania. To zjawisko, które jeszcze niedawno uznawano za teoretycznie niemożliwe.
Nierozróżnialność zamiast splątania oraz wizja przyszłych badań
Skąd biorą się te korelacje? Naukowcy wskazują na kwantową nierozróżnialność poprzez tożsamość ścieżki. Gdy nie da się określić, którą drogą podąża foton, jego kwantowa natura pozwala mu istnieć na wszystkich możliwych trajektoriach równocześnie. Choć mechanizm ten różni się od splątania, prowadzi do podobnie nieintuicyjnych zjawisk. Jak wyjaśniają autorzy, ich praca ustanawia związek między korelacją kwantową a kwantową nierozróżnialnością, dostarczając wglądu w fundamentalne pochodzenie sprzecznych z intuicją cech obserwowanych w fizyce kwantowej. A co za praktycznymi zastosowaniami? Odkrycie może wpłynąć na rozwój informatyki kwantowej i kryptografii. Gdyby udało się osiągać nielokalność bez splątania, mogłoby to otworzyć nowe ścieżki tworzenia bezpiecznej komunikacji czy wydajniejszych obliczeń. O ile rzecz jasna uda się przełożyć teoretyczne ustalenia na codzienne życie.
Czytaj też: Co za szczęście! Najrzadszy rozpad barionu w historii zaobserwowany w CERN
Warto zarazem odnotować, że sam eksperyment ma swoje słabe strony. Problem stanowi selekcja wyników, ponieważ detektory rejestrują tylko część fotonów, co może zaburzać ostateczne wyniki. Istnieje też luka w lokalności związana z niedoskonałością rozdzielenia ustawień detektorów. Te techniczne niuanse często decydują o wiarygodności badań kwantowych. Historia zna przypadki, gdy pozorne przełomy okazywały się artefaktami pomiarowymi. Autorzy zdają sobie z tego sprawę.
Spodziewamy się nie tylko, że dostosowane luki i lokalne zmienne ukryte dla przedstawionej tu pracy mogą zostać zidentyfikowane, ale także, że zostaną one konsekwentnie wykluczone przez ulepszenia sprzętowe wysokiej jakości kwantowych urządzeń fotonicznych — wyjaśniają członkowie zespołu badawczego
Jeśli kolejne eksperymenty potwierdzą te ustalenia, czeka nas aktualizacja podręczników do fizyki. Pokazuje to, że nawet w dobrze zbadanych obszarach nauki wciąż czekają niespodzianki. Einsteinowskie “upiorne działanie” może być bardziej złożone, niż sądziliśmy. A skoro tak wybitny umysł był pod wrażeniem tego zjawiska, to realna ocena związanych z nim możliwości faktycznie mogłaby okazać się rewolucyjna.