SPLĄTANIE CZĄSTECZEK

Splątanie przez identyczność, czyli oddziaływanie bez kontaktu.

Czym jest oddziaływanie i kiedy ono zachodzi? Intuicja podpowiada, że warunkiem koniecznym do zajścia oddziaływania niezależnie powstałych cząstek jest ich bezpośrednie spotkanie lub kontakt przez fizycznych pośredników. W mechanice kwantowej wynikiem oddziaływania jest splątanie, czyli pojawienie się nieklasycznych korelacji w układzie. Okazuje się, że teoria kwantów pozwala splątać niezależne cząstki bez konieczności ich kontaktu. Za to zjawisko odpowiedzialna jest fundamentalna identyczność cząstek tego samego rodzaju.

„Całość to więcej niż suma jej składników” – Arystoteles (Metafizyka, księga VIII)

Mechanika kwantowa jest obecnie najlepszą, najdokładniejszą i najbardziej wyrafinowaną teorią stosowaną̨ przez fizyków do opisu otaczającego nas świata. Niemniej jednak jej charakterystyczną cechą jest abstrakcyjny język matematyczny notorycznie prowadzący do istotnych problemów interpretacyjnych. Obraz rzeczywistości proponowany przez tę teorię wciąż stanowi przedmiot naukowego sporu, który, zamiast wygasać wraz z upływem czasu, staje się coraz gorętszy i bardziej interesujący. Nowej motywacji i intrygujących pytań dostarcza świeże spojrzenie z perspektywy kwantowej informacji oraz ogromny rozwój technik doświadczalnych. Pozwala to na weryfikację wniosków płynących z subtelnych eksperymentów myślowych bezpośrednio związanych z problemem jej interpretacji. Co więcej, stajemy się obecnie świadkami wielkiego praktycznego postępu w dziedzinie kwantowej komunikacji oraz technologii komputerów kwantowych, który w sposób istotny czerpie z nieklasycznych zasobów oferowanych przez mechanikę kwantową.

Celem badań prowadzonych przez dr. hab. Pawła Błasiaka z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie oraz dr. Marcina Markiewicza z Uniwersytetu Gdańskiego jest analiza szeroko akceptowanych paradygmatów oraz koncepcji teoretycznych dotyczących interpretacji i podstaw mechaniki kwantowej. Badacze starają się znaleźć odpowiedź na pytanie, w jakim stopniu intuicje stosowane do opisu procesów kwantowo-mechanicznych znajdują uzasadnienie w ramach realistycznego obrazu świata. W tym celu za pomocą języka matematyki próbują doprecyzować określone idee teoretyczne, nierzadko funkcjonujące w formie ulotnych intuicji. Takie podejście owocuje niejednokrotnie pojawieniem się inspirujących poznawczo paradoksów. Oczywiście im bardziej podstawowa koncepcja, której dotyczy dany paradoks, tym lepiej, ponieważ w większym stopniu otwiera nowe drzwi do głębszego zrozumienia danego zagadnienia.

W tym duchu obaj naukowcy postanowili rozważyć fundamentalne pytanie: czym jest oddziaływanie i kiedy ono zachodzi? W mechanice kwantowej wynikiem oddziaływania jest splątanie, czyli pojawienie się nieklasycznych korelacji w układzie. Wyobraźmy sobie dwie cząstki powstałe niezależnie w odległych galaktykach. Wydawałoby się, że warunkiem koniecznym do pojawienia się ich oddziaływania jest wymaganie, aby w pewnym momencie ich ewolucji doszło między nimi do bezpośredniego spotkania bądź pośredniego kontaktu poprzez inną cząstkę lub fizyczne pole, które to oddziaływanie mogłoby przekazać. Jak bowiem inaczej mogą one nawiązać ową tajemniczą więź, jaką jest kwantowe splątanie? Paradoksalnie okazuje się jednak, że jest to możliwe. Mechanika kwantowa pozwala na zaistnienie splątania bez konieczności jakiegokolwiek, nawet pośredniego, kontaktu.

Aby uzasadnić tak zaskakującą tezę, należy przedstawić schemat, w którym cząstki wykażą nielokalne korelacje na odległość (w eksperymencie typu Bella). Subtelność owego podejścia polega na tym, aby po drodze wykluczyć możliwość zajścia oddziaływania rozumianego jako kontakt. Schemat taki powinien być również bardzo oszczędny, to znaczy musi wykluczać obecność pośredników, którzy owo oddziaływanie mogliby przekazać (fizyczne pole lub cząstki pośredniczące). Błasiak i Markiewicz pokazali, w jaki sposób można tego dokonać, wychodząc z oryginalnych rozważań Yurke’a i Stolera, które zreinterpretowali jako zwykłą permutację ścieżek cząstek pochodzących z różnych źródeł. Takie nowe spojrzenie pozwala generować dowolne stany splątane dwóch i trzech cząstek, unikając ich kontaktu. Zaproponowane podejście można bez trudu rozszerzyć na większą liczbę cząstek.

W jaki sposób możliwe jest splątanie niezależnych cząstek na odległość bez ich oddziaływania? Podpowiedzi udziela sama mechanika kwantowa, w której postuluje się identyczność, czyli fundamentalną nierozróżnialność wszystkich cząstek tego samego rodzaju. Oznacza to, że na przykład wszystkie fotony (jak również inne cząstki elementarne) w całym Wszechświecie są takie same, niezależnie od dzielącej je odległości. Z formalnego punktu widzenia sprowadza się to do symetryzacji funkcji falowej dla bozonów lub jej antysymetryzacji dla fermionów. Efekty związane z identycznością są zazwyczaj kojarzone ze statystyką cząstek, która ma konsekwencje w opisie oddziałujących układów wielocząstkowych (takich jak kondensat Bosego-Einsteina lub teoria pasmowa w ciele stałym). W przypadku prostszych układów bezpośrednim skutkiem identyczności jest zakaz Pauliego dla fermionów lub grupowanie w optyce kwantowej dla bozonów. Wspólną cechą wszystkich tych efektów jest kontakt cząstek w jednym punkcie przestrzeni, co jest zgodne z prostą intuicją oddziaływania (na przykład w teorii cząstek mówi się wprost o wierzchołkach oddziaływania). Stąd bierze się przekonanie, że konsekwencje symetryzacji można obserwować wyłącznie w ten sposób. Jednak oddziaływanie z samej swej natury powoduje splątanie. Dlatego nie jest jasne, co jest faktyczną przyczyną obserwowanych efektów i nieklasycznych korelacji: czy jest to oddziaływanie samo w sobie, czy może pierwotna nierozróżnialność cząstek? W zaproponowanym przez obu naukowców schemacie omija się tę trudność, eliminując oddziaływanie, do którego mogłoby dojść przez jakikolwiek kontakt. Stąd wniosek, że nieklasyczne korelacje są bezpośrednią konsekwencją postulatu identyczności cząstek. Znaleziono zatem sposób na czystą aktywację splątania pochodzącego od ich fundamentalnej nierozróżnialności.

Tego typu spojrzenie, wychodzące od pytań dotyczących podstaw mechaniki kwantowej, może mieć praktyczne zastosowanie do generowania stanów splątanych dla technologii kwantowych. W artykule pokazano, jak wytworzyć dowolny stan splątany dwóch i trzech kubitów, a pomysły te są już implementowane eksperymentalnie. Wydaje się, że rozważane schematy można z powodzeniem rozszerzyć do tworzenia dowolnych stanów splątanych dla wielu cząstek. W ramach dalszych badań obaj naukowcy zamierzają poddać głębszej analizie postulat cząstek identycznych, zarówno z punktu widzenia interpretacji teoretycznej, jak i zastosowań praktycznych.

Dużym zaskoczeniem może być fakt, że postulat nierozróżnialności cząstek nie jest tylko formalnym zabiegiem matematycznym, lecz w swojej czystej formie prowadzi do konsekwencji obserwowanych w laboratoriach. Czy zatem nielokalność stanowi nieodłączną cechę wszystkich identycznych cząstek we Wszechświecie? Foton emitowany przez ekran tego monitora oraz foton pochodzący z odległej galaktyki na krańcach Wszechświata wydają się być splątane tylko i wyłącznie przez swoją identyczną tożsamość. Stanowi to wielką tajemnicę, z którą nauce niebawem przyjdzie się zmierzyć.

Źródło: Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk

Grafika: Shutter2U/Vecteezy

Publikacja z roku 2020

Opinie i poglądy opublikowane na portalu cocomac.pl są wyłącznie opiniami i poglądami ich Autorów. Nie należy ich utożsamiać z poglądami redakcji. Również opinie wyrażane w publikowanych informacjach nie odzwierciedlają poglądów redakcji i wydawcy, a mają charakter informacyjny.
Widzisz błąd w artykule, niedziałający link? Poinformuj nas o tym poprzez formularz kontaktowy lub mailem! Dziękujemy.

TO TEŻ CIEKAWE:

ŚWIATŁO ZAMIAST TABLETKI?

O tym, że światłem leczy się sezonowe zaburzenia nastroju zapewne większość ludzi już słyszała. Okazuje się jednak, że fotony mają…

POSTĘP W LECZENIU CHŁONIAKÓW

Nowy mechanizm eliminacji białka odpowiedzialnego za rozwój chłoniaków odkryty m.in. przez Polaków Za rozwój chłoniaków odpowiada źle działające białko BCL6.…

KTO MOŻE ZOSTAĆ EKSTREMISTĄ

Wszyscy możemy być ekstremistami? Co łączy zauroczenie, pasję twórczą, fanatyzm Szaleńcze zakochanie, oddawanie się bez reszty pracy, pasji czy idei……

NAUCZYĆ SIĘ POCZUCIA HUMORU

Badaczka humoru: poczucie humoru można wyćwiczyć. Śmiech jest zaraźliwy – trzydziestokrotnie częściej śmiejemy się w towarzystwie innych niż w samotności.…

SENIOR CZĘSTO NIEDOŻYWIONY

Triki na dobrą dietę dla seniora. Seniorzy mają specjalne potrzeby żywieniowe, które wynikają z procesu starzenia się, ograniczenia sprawności fizycznej,…

KONKURS MIĘDZYNARODOWY 38.WFF

Konkurs Międzynarodowy 38. Warszawskiego Festiwalu Filmowego. W tegorocznym Konkursie Międzynarodowym podczas Warszawskiego Festiwalu Filmowego zobaczyć będzie można 15 filmów, w…

INTELIGENCJA ROJU

Ekspert: wzrasta zainteresowanie algorytmami inteligencji roju Inspiracją do powstania algorytmów inteligencji roju jest świat natury, na przykład zachowania mrówek. Tego…

GENOM LUDZKI W 100% ROZPRACOWANY

Dr hab Tomasz Wojdacz: w przyszłości będziemy chodzić do lekarza z paszportem genomowym. Zsekwencjonowanie pełnego genomu człowieka to przełom technologiczny…

ATAKI PANIKI TO NIE FANABERIA

Ataki paniki to nie fanaberia; w pandemii jest ich więcej Kobieta idzie ulicą, czuje się dobrze. Nie dzieje się nic…

WYBIELANIE ZĘBÓW OCTEM JABŁKOWYM

Ocet jabłkowy może zaszkodzić zębom? To FAKT! Na licznych blogach polecany jest jako remedium na zbyt wysoki cholesterol czy poprawę…

STAROŻYTNE BANKIETY NA CYPRZE

Polscy archeolodzy odkryli miejsce starożytnych bankietów. Spożywano tam prawdopodobnie mięso zwierząt ofiarnych, a z pewnością pito wino ku czci bogów…

PROJEKT RĘCZNA NA ORLIKU 2022

Piłka ręczna wraca do gry. Od lat popularność piłki ręcznej dynamiczne rośnie. Wszystko dzięki sukcesom naszych szczypiornistów i częstszym relacjom…

O PĄCZKACH I TŁUSTYM CZWARTKU

Tłusty czwartek to jeden z dni tradycyjnie świętowanych w Polsce, wypadający według kalendarza chrześcijańskiego w ostatni czwartek przed wielkim postem,…

INFEKCJE INTYMNE

Nie lekceważ infekcji intymnych! Takie infekcje są zazwyczaj bardzo uciążliwe: powodują olbrzymi dyskomfort, wpływają na nasze życie intymne, nierzadko są…

DEKAMERON – ZAZDROŚĆ

DZIEŃ CZWARTY Opowieść III Pisownia oryginalna z 1930 roku Trzej młodzieńcy, miłujący trzy siostry, uciekają pospołu z niemi na wyspę…

ZAKRZEPICA – CO WARTO O NIEJ WIEDZIEĆ

Zakrzepica to bardzo częsty problem. Lepiej sporo o niej wiedzieć. Rocznie rozpoznaje się w Polsce kilkadziesiąt tysięcy nowych przypadków zakrzepicy,…

DEKAMERON – NA WŁOS OD ŚMIERCI

DZIEŃ PIĄTY Opowieść III Pisownia oryginalna z 1930 roku Pietro Boccamanza, uciekając z Agnolellą wpada w ręce łotrzyków. Dzieweczka, salwuje…

DEKAMERON – DWA SNY

DZIEŃ CZWARTY Opowieść VI Pisownia oryginalna z 1930 roku Andreola miłuje Gabriotta. Pewnego dnia opowiada mu, jaki sen nocą miała.…

ŁABOWA – PIĘKNO I TRADYCJA

Łabowa – miejsce zrodzone z piękna przyrody i urzekającej tradycji Łabowa to gmina leżąca w województwie małopolskim między pasmem Jaworzyny…

JAK SIĘ UBRAĆ NA WESELE

PORADNIK DLA OJCA PANA MŁODEGO/ PANNY MŁODEJ. Jan Adamski Ojcowie panny młodej i pana młodego odgrywają podczas ślubu i wesela…

JAK NAUCZYĆ PSA KOMEND?

Praktyczny poradnik szkolenia Próbujesz trenować ze swoim psem, ale nie widzisz efektów? Nie wiesz, czy warto próbować dalej, zgłosić się do…

OŁÓW – CICHY ZABÓJCA

Zabójczy ołów. Ołów może zabijać, i nie chodzi tu o kule, a jego mikroskopijne ilości w skażonym otoczeniu. Nie ulega…

DEKAMERON – PĄTNICZKA

DZIEŃ PIERWSZY Opowieść IX Pisownia oryginalna z 1930 roku Król Cypru, wydrwiony przez pewną Gaskonkę, staje się z człeka tchórzliwego…

KAMPANIA MIU MIU JESIEŃ ZIMA 2022-23

STUDIUM CHARAKTERU Wizerunek Miu Miu – zarówno ubrań, jak i osób, to wyrażenie postawy, odzwierciedlenie sposobu myślenia, studium charakteru. Kampania…

PIES TO ZDROWIE

Pies jako wsparcie dla zdrowia. Pod pewnymi warunkami Prof. Zbigniew Religa radził niektórym swoim pacjentom, by sprawili sobie psa. Wiedział,…

ZA DARMO TOYOTĄ MIRAI PO PARYŻU

Darmowe przejazdy wodorową Toyotą Mirai w Paryżu Wodorowe Toyoty Mirai zapewnią transport uczestnikom festiwalu Nuit Blanche 2022 w Paryżu. 1…

PIJAWKI LEKARSKIE

Dawna metoda stosowana i dziś Te zwierzątka u niewielu budzą przyjazne uczucia, ale medycynie znane są od setek lat –…

DEKAMERON – KOŃ I ŻONA

DZIEŃ TRZECI Opowieść V Pisownia oryginalna z 1930 roku Strojniś czyni ze swego rumaka dar dla messera Francesca Vergellesi. Za…

BIEGUNKA: CO JEŚĆ I PIĆ, BY SOBIE POMÓC

Zjedzenie niedogotowanego mięsa, niestarannie umytego jabłka może skończyć się biegunką, wywołaną przez patogeny w skażonej żywności. Biegunka może być też…

CHORE JELITA A SEKS

Jak się kochać, gdy chore są jelita Choroby nieswoiste jelit sprawiają wiele problemów w życiu na każdym poziomie – także…

CHRZCINY

Katarzyna Figura, Maciej Musiałowski, Tomasz Schuchardt i Michał Żurawski na „Chrzcinach”. Już 26 listopada do kin trafi nowy film z…

KACZKA OGORZAŁKA

Kaczki ogorzałki częściej zimują w Polsce W ostatnich dekadach zmieniły się zwyczaje migracyjne kaczek morskich – ogorzałek. Ptaki te coraz…

DDA – DOROSŁE DZIECI ALKOHOLIKÓW

Syndrom DDA lub DDD: dziedzictwo wzrastania w dysfunkcyjnej rodzinie Z uwagi na bardzo duże rozpowszechnienie choroby alkoholowej, jest bardzo wiele…

WYPALENI RODZICE

Wypalenie rodzicielskie Przedłużająca się pandemia szczególnie dotyka rodziców, którzy łączą zdalną pracę zawodową z całodzienną opieką nad dziećmi i edukacją…

OSTATNI TAKI LAS

Ostatni taki las. Zielona Wstęga Gór Skandynawskich Szwecja to jeden z najbardziej lesistych krajów Europy. Ale dopiero niedawno potwierdzono tam…

MASZ CUKRZYCĘ I PALISZ?

Palenie w cukrzycy pogarsza sytuację chorego. Cukrzyca to zwiększone ryzyko zawału serca, udaru mózgu i zgonu. U palacza z cukrzycą…

WIKINGOWIE – PRAWDY I MITY

Marcin Sałański Wikingowie i początki ich wypraw w VIII-IX w. – prawda i mity. Czerwiec 793 roku. Mnisi z klasztoru…

JEDNA ŁADOWARKA DO WSZYSTKIEGO

PE: jedna ładowarka do wszystkich przenośnych urządzeń elektronicznych Parlament Europejski będzie negocjował z rządami państw UE na temat ostatecznego kształtu…

REWOLUCJA W DOMOWEJ UPRAWIE WARZYW

LG prezentuje urządzenie do uprawy roślin w domu Firma LG prezentuje swoje urządzenie opracowane z myślą o coraz liczniejszym gronie…

DEKAMERON – MARTELLINO  KALEKA

DZIEŃ DRUGI Opowieść I Pisownia oryginalna z 1930 roku Martellino, rzekomy kaleka, udaje, że ozdrowiał, zbliżywszy się do szczątków świętego.…

Ćwiczenie nr 9

WSPIĘCIA NA PALCE Pozycja do wykonania ćwiczenia: stojąca.Ilość powtórzeń: 3 serie po 10 powtórzeń.Do wykonania ćwiczenia potrzebujesz: powierzchnię do oparcia…

DEKAMERON – DZIWNE MAŁŻEŃSTWO

DZIEŃ DRUGI Opowieść III Pisownia oryginalna z 1930 roku Trzej bracia trwonią swoje majątki, popadając w ubóstwo. Jeden z ich…

TRĄDZIK U DOROSŁYCH

Trądzik – nie tylko młodzieńcza przypadłość Masz trądzik? Unikaj słońca! O tym, że dorośli też zmagają się z trądzikiem –…


Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.

error

Jeżeli artykuł Ci się podoba, to prosimy udostępnij go innym. :)

zostań naszym autorem
Skip to content