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:

MOTOSKANDYNAWIA CZĘŚĆ  3

16 lat przymierzałem się aby ponownie odwiedzić Skandynawię. A tu niespodziewanie, latem, okazało się, że mam czas i jakieś mizerne…

DOSTAŁEŚ PREZENT – ZAPŁAĆ!

Zasady opodatkowania prezentów świątecznych. Pracodawcy wręczający świąteczne prezenty pracownikom muszą brać pod uwagę ewentualne skutki podatkowe. Jak wyjaśniają rozmówcy serwisu…

K-POP STARS FESTIVAL

Warszawa środkowoeuropejską stolicą K-POP. W dniach 7-9 lipca 2023 w Warszawie odbędzie się pierwsza edycja jednego z największych w skali…

JAK DOBRZE ZACZĄĆ DZIEŃ

Poranek czempiona, czyli jak dobrze zacząć dzień Jeśli się dobrze wystartuje, to później jest już łatwiej. I nie dotyczy to…

DYSTONIA – MIMOWOLNE RUCHY

Dystonia: mimowolne ruchy, które trzeba leczyć u neurologa Silne napięcie mięśni, mimowolne powtarzające się ruchy, wygięcie ciała – tak objawia…

BUDOWANIE ODPORNOŚCI ORGANIZMU A DIETA

Jak dietą wpływać na odporność organizmu Zarówno niedożywienie, jak i przekarmienie osłabiają działanie naszego układu immunologicznego. Sprawdź, co konkretnie powinno…

KIA EV9

Kia EV9 zaprezentowana: przełomowy samochód elektryczny, który łączy odważny design z charakterem SUV-a. Kia Corporation zaprezentowała EV9 – flagowego SUV-a…

STARE, CHORE DINOZAURY

Starym dinozaurom, podobnie jak ludziom, sztywniały stawy. Naukowcy z Instytutu Paleobiologii PAN i Uniwersytetu Śląskiego zbadali szczątki późnokredowego, roślinożernego dinozaura…

GINO ROSSI WIOSNA/LATO 2021

Nowy lookbook Gino Rossi prezentuje nowy lookbook na sezon wiosna/lato 2021. W obiektywie Magdy Wunsche i Agnieszki Samsel nowości damskie i męskie możemy podziwiać…

WSZYSCY ODCZUWAMY TAK SAMO?

Dylematy wagonika rozwiązywane podobnie w różnych częściach świata. Ludzie z kultur Wschodu, Zachodu i Południa nie różnią się za bardzo…

ZABÓJCZY POLSKI SMOG

Polski smog różni się od smogu londyńskiego czy kalifornijskiego Polski smog – ze względu na warunki pogodowe, w których powstaje,…

DRAPIEŻNIKI – DAWNO, DAWNO TEMU…

Dawno temu na Śląsku: fascynujący świat drapieżników Dziesiątki tysięcy lat temu na terenie Sudetów i otaczających je równin śląskich, czeskich…

KAMPANIA SINSAY SS22

Wiosenna energia w kampanii SINSAY SS22. NAJNOWSZA KAMPANIA SINSAY SS22 STANOWI ŚWIETNE WPROWADZENIE W ŚWIAT WIOSENNYCH TRENDÓW. PROPOZYCJE DLA KOBIET, MĘŻCZYZN,…

TYLE JEDZENIA MARNUJĄ POLACY

Eurostat: najwięcej jedzenia marnujemy w domach – 70 kg rocznie w przeliczeniu na Europejczyka. W 2020 r. w Unii Europejskiej…

WIELKIE MORSOWANIE W MIELNIE

Mielno: Międzynarodowy Zlot Morsów odbędzie się w drugi weekend lutego W  ramach tegorocznej edycji największego zimowego wydarzenia nad Bałtykiem –…

JAK WYCHOWAĆ SZCZENIAKA

Jak wychować szczeniaka? 8 wskazówek, które na pewno pomogą Walczysz ze szczeniakiem o posłuszeństwo? Masz już dość ciągnięcia go na smyczy…

YORK CZYLI YORKSHIRE TERRIER

Mały pies nie tylko do bloku. York to mały pies rasy terier, pierwotnie hodowany w angielskich hrabstwach Yorkshire (stąd yorkshire terrier)…

O MIZERII Z VITO CASETTIM  (VIDEO)

Dlaczego Polacy kochają Włochów i czy z wzajemnością? Zawitał do nas Wasz ulubiony polski Włoch czy włoski Polak ?? Vito…

MUMIA JEDNAK NIE JEST W CIĄŻY

Mumia egipska z Warszawy nie była w ciąży – w jej miednicy znajdują się… pakunki. Nie płód, ale kilka zawiniątek…

SPLĄTANIE CZĄSTECZEK

Splątanie przez identyczność, czyli oddziaływanie bez kontaktu. Czym jest oddziaływanie i kiedy ono zachodzi? Intuicja podpowiada, że warunkiem koniecznym do…

MODLISZKA

Miłość do upadłego. Modliszka znana jest przede wszystkim z tego, że niezbyt dobrze traktuje swoich partnerów. Jednak mało kto wie,…

BEAUTY FOOD

Czy możemy powstrzymać upływ czasu? Chyba wszyscy co jakiś czas zastanawiamy się czy istnieje jakiś złoty środek, rewelacyjny krem czy…

HOUSE PARTY AW20

Kolekcja na wyjątkowe okazje Wszystko wskazuje na to, że Święta i Noc Sylwestrową spędzimy w domowym zaciszu, co nie oznacza,…

CZY LUBICIE PAJĄKI?

Nieznane życie pająków. Niektóre pająki umieją zmieniać swój kolor, by dostosowywać się do otoczenia niczym kameleony. Samice są w stanie…

WPŁYW SERIALI

Seriale kształtują trendy. Jesienią 2020 w Netflixie miała miejsce premiera „Gambitu królowej”. Wraz z zaostrzaniem przepisów związanych z pandemią, VOD…

DEPRESJA PO UDARZE

Po udarze nawet ponad połowa chorych zapada na depresję. Po udarze chory często ma poczucie, że jego życie nieodwracalnie się…

KRYSZTAŁY CZASOWE

Prof. Krzysztof Sacha: dzięki kryształom czasowym powstaje czasotronika. Grupa naukowców ze Stanów Zjednoczonych oraz prof. Krzysztof Sacha z Uniwersytetu Jagiellońskiego,…

SAULE TECHNOLOGIES – WIZYTA TIMMERMANSA

Frans Timmermans odwiedził Saule Technologies. Frans Timmermans, wiceprzewodniczący wykonawczy Komisji Europejskiej ds. Europejskiego Zielonego Ładu odwiedził wrocławską fabrykę Saule Technolog…

NAJMRO. KOCHA, KRADNIE, SZANUJE

Ogrodnik, Więckiewicz, Gierszał i Zawierucha w nowym zwiastunie i na nowym plakacie! Już 17 września na ekrany kin wejdzie „Najmro.…

SZANUJ PSA

Szanujmy potrzeby i predyspozycje poszczególnych ras – radzą weterynarze. Wszystkie psy mają 78 chromosomów, w których zawarta jest informacja genetyczna…

PRZEKSZTAŁCANIE FILMU NA KOMIKS

Autorzy technologii zamiany filmu na komiks współtworzą awatary dla metaverse. Polska technologia pozwalająca na automatycznie przeniesienie ujęć filmowych na kartki…

POZYTYWNA STRONA STRESU

Stres szkodliwy, ale czasami przynosi pożytki. Stres obecnie nie ma dobrej prasy. Słusznie uznawany jest za czynnik, który w połączeniu…

ŚWINIE LUBIĄ LUDZI

Świnie lubią ludzi podobnie jak psy, ale problemy rozwiązują same Świnie także lubią kontakt z ludźmi. Jednak eksperymenty wykazały, że…

Ćwiczenie nr 14

ODPOCZYNEK – ODDYCHANIE PRZY OKNIE Pozycja do wykonania ćwiczenia: siedząca.Ilość powtórzeń: 3 minuty.Do wykonania ćwiczenia potrzebujesz: stabilne miejsce do siedzenia…

ZARAŻASZ SWOJEGO PSA ZIEWANIEM

Psy częściej zarażają się ziewaniem od właścicieli 25 badanych przez Teresę Romero i jej kolegów z Uniwersytetu w Tokio psów…

MASECZKI A PRÓCHNICA

Czy maseczka może sprzyjać powstawaniu próchnicy? To FAKT! Choć noszenie maseczek ochronnych, zakrywających usta i nos, pomaga ograniczać rozprzestrzenianie się…

BIAŁE MAŁŻEŃSTWA

Chcą ze sobą być, ale seksu mieć nie mogą: białe związki Kochają się, pragną siebie, ale nie mają pełnego współżycia…

METALE CIĘŻKIE W ORGANIZMIE

Co trzeba wiedzieć o metalach ciężkich. Stężenie arsenu, kadmu, ołowiu, rtęci, cynku, miedzi, selenu w organizmie może mieć wypływ na…

RESERVED  JESIEŃ 2021

Kolekcja inspirowana “sportowymi” endorfinami – RESERVED ATHLEISURE NA JESIEŃ 2021. Trend athleisure wznosi się na nowy poziom. To już nie…

LEWORĘCZNE KANGURY

W czasie wykonywania zwykłych, codziennych zadań, takich jak skubanie liści lub drapanie się, kangury chętniej korzystają z jednej, wybranej dłoni.…

JELEŃ WYPARŁ SARNĘ

Zwycięzca jest tylko jeden czyli jak jelenie urządziły się w Słowińskim Parku Narodowym. Liczebność jeleni w Słowińskim Parku Narodowym jest…

SENIOR I PRZYRODA

Przebywanie w naturze może pomóc w poprawie samopoczucia psychicznego seniorów. Przebywanie w naturze może korzystnie wpływać na zdrowie psychiczne osób…

OCZY PRZED EKRANEM

Oczy przed ekranem – jak im ulżyć Wysokoenergetyczne niebieskie światło, zbyt rzadkie mruganie, długotrwałe skupianie wzroku na szczegółach w małych…


[CP_CALCULATED_FIELDS id=”7″]

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

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