NaukaTechnologia

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 stosowaną? 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:

KIEDY ZABRAKNIE NAM WODY?

Do wyprodukowania spodni potrzeba kilku tysięcy litrów wody. Polska jest uboga w wodę, a zmiany klimatu coraz bardziej jej zagrażają.…

SZTUCZNA TRZUSTKA JUŻ GOTOWA

Bioniczna trzustka: to już nie fikcja! Bioniczna trzustka czeka na rozpoczęcie badań klinicznych. To nadzieja dla wielu chorych z przewlekłym…

ARKTYKA: WIELKIE ZMIANY KLIMATU

Arktyka: wielkie zmiany klimatu z perspektywy małych krzewinek Malejący zasięg lodu morskiego zwiększa wzrost krzewinek tundrowych w niektórych regionach Arktyki,…

LEWORĘCZNE KANGURY

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

Ćwiczenie nr 11

WYPAD W PRZÓD Pozycja do wykonania ćwiczenia: stojąca.Ilość powtórzeń: 10.Do wykonania ćwiczenia potrzebujesz: powierzchnię do oparcia np. oparcie krzesła, stół,…

KOŃ JAK CZŁONEK RODZINY

Prof. Makowiecki: konie w średniowiecznej Polsce często traktowano jak członków rodziny Konie w czasach piastowskich często traktowane były jak członkowie…

NARCYZM I MEDIA SPOŁECZNOŚCIOWE

Narcyzm sprzyja uzależnieniu od portali społecznościowych – wykazały badania. Narcyzm jest pozytywnie powiązany ze skłonnością do uzależnienia od mediów społecznościowych.…

DZIEŃ SINGLA

Święto singli 15 lutego przestaje być anonimowym dniem w Polsce i Europie. Święto singli, choć jeszcze mało popularne, jest obchodzone…

MAGAZYN ENERGII

Magazyn energii – to dobra inwestycja w dobie rosnących cen energii i sposób na niezależność energetyczną. Wysokie ceny prądu, brak…

Ćwiczenie nr 6

ODPOCZYNEK – ODDYCHANIE Pozycja do wykonania ćwiczenia: siedząca.Ilość powtórzeń: 6-8.Do wykonania ćwiczenia potrzebujesz: stabilne miejsce do siedzenia np. krzesło, kanapa,…

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…

MIGRACJE W XXI WIEKU

Katastrofy klimatyczne wywołują już ponad trzykrotnie więcej przesiedleń niż konflikty. Od 2008 r. ponad 318 mln ludzi na całym świecie…

JAK DBAĆ O WĄTROBĘ

Nie tylko unikanie alkoholu. Dowiedz się, jak dbać o wątrobę To nie reklamowane oczyszczające kuracje usuwają toksyny z organizmu. To…

ROZGRYZANIE MÓZGU

Wiele problemów psychicznych wynika z braku zrozumienia, jak działają nasze umysły. O mózgu wiemy co najwyżej promil tego, co chcielibyśmy…

JAK DOBRAĆ STANIK (VIDEO)

Stanikowe dylematy – pytania do brafitterki. Opinie i poglądy opublikowane na portalu cocomac.pl są wyłącznie opiniami i poglądami ich Autorów.…

DLACZEGO SIĘ OSZUKUJEMY

Iluzje i rzeczywistość: dlaczego czasem sami się oszukujemy? Nieświadomie stosowane mechanizmy obronne powodują, że ludzie nie widzą oczywistych prawd. W…

PASOŻYTY

O pasożyta nie tak łatwo Dlaczego ?badanie żywej kropli krwi? jest oszustwem? Czy warto się odrobaczać profilaktycznie? Kiedy patogen toksoplazmozy…

MAŁPIA OSPA

Skąd się wzięła i jakie dla nas stanowi ryzyko? W dziewięciu krajach Europy: Anglii, Niemczech, Szwajcarii, Portugalii, Hiszpanii, Szwecji, we…

BŁĘDY ŻYWIENIOWE POLAKÓW

Jakie błędy żywieniowe popełniają Polacy Okazuje się, że wciąż jemy zbyt dużo czerwonego mięsa oraz przetworów mięsnych, a za mało…

ARONIA – KOLEJNY SUPEROWOC

Tych dobroczynnych substancji aronia ma najwięcej spośród wszystkich owoców? Cudze chwalicie, swego nie znacie! Warto wiedzieć, że pod względem zawartości…

CAVOODLE CZYLI CAVAPOO

Cavapoo (Cavoodle) – opis, zdjęcia, wymagania, porady właścicieli. Cavapoo, zwany inaczej cavoodle, jest hybrydą, powstałą ze skrzyżowania dwóch ras: cavalier king…

AUSTRALIA – KRAJOBRAZ OPOWIEDZIANY CZ. 3

Geolog postrzega ziemię jako wynik historycznych i prehistorycznych procesów: fałdowanie skorupy ziemskiej, pękanie i uskoki, powstawanie osadów. Te procesy zachodzące…

KATASTROFA STOMATOLOGICZNA

Wyższa zapadalność na próchnicę i bardziej zaawansowane choroby dziąseł Rok po pierwszych blokadach dentyści na całym świecie konfrontują się z…

SELENA GOMEZ LŚNI

Selena Gomez lśni w nowych Cali Star Herzogenaurach, Niemcy, 27 stycznia 2021 Firma sportowa PUMA przedstawia buty Cali Star, najnowszego…

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.…

STULECIE ODKRYCIA GROBOWCA  TUTANCHAMONA

Sto lat temu odkryto grobowiec Tutanchamona. Biżuteria, szkatułki, złota maska czy wyposażenie pałacu w postaci skrzyń, siedzisk, podnóżków – to…

POSTAWA MA ZNACZENIE – WYPROSTUJ SIĘ

Jak postawa ciała wpływa na mózg. Wyprostowanej sylwetce sporo można zawdzięczać ? na przykład pewność siebie, a także zmniejszenie dolegliwości…

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…

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…

POSTANOWIENIA – JAK WYTRWAĆ

Jak wytrwać w realizacji postanowień. Według badań potrzebujemy od 21 nawet do 70 dni, aby zmienić swoje nawyki, a realizacja…

DEKAMERON – ZAZDROŚĆ

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

GOŚĆ – MACIEJ ORŁOŚ  (VIDEO)

Maciej Orłoś w telegraficznym skrócie. O kulisach dziennikarstwa, życiu i nie tylko porozmawiamy z jednym z najbardziej lubianych i cenionych…

WPŁYW SERIALI

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

NERKA OD ŚWINI. KSENOTRANSPLANTACJA

Świńskie organy będą ratować ludzkie życie? W ostatnim czasie kilka grup ogłosiło sukcesy w eksperymentach z przeszczepianiem narządów pobranych od…

Ćwiczenie nr 2

ZACISKANIE I OTWIERANIE DŁONI Pozycja do wykonania ćwiczenia: siedzącaIlość powtórzeń: 10Do wykonania ćwiczenia potrzebujesz: stabilne miejsce do siedzenia np. krzesło,…

OGRÓDKI DZIAŁKOWE W CHICAGO

Naukowcy na tropie ogródków działkowych w Chicago. W całym Chicago istnieje 4 648 działek uprawnych o łącznym areale 264 181…

FORD MUSTANG HITEM

FORD MUSTANG NAJLEPIEJ SPRZEDAJĄCYM SIĘ SPORTOWYM COUPE NA ŚWIECIE, UTRZYMUJĄC TYTUŁ LIDERA SIÓDMY ROK Z RZĘDU. Ford przeanlizował dane rejestracyjne…

JAK ZLIKWIDOWAĆ BLIZNĘ

Blizny można leczyć Blizna bywa dla pacjenta problemem nie tylko kosmetycznym. Oprócz tego, że może powodować dyskomfort fizyczny związany z…

CZY PRACA ZMIANOWA SZKODZI?

Praca zmianowa zaburza zegar biologiczny. Według badań Eurostatu z 2015 roku wykonywanie pracy zmianowej w Polsce deklarowało 30% populacji czynnej…

JELEŃ WYPARŁ SARNĘ

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

ALBANIA. ZAGINIONE MIASTO W BUSHAT

Zaginione antyczne miasto na celowniku polskich archeologów. Pozostałości po dwóch wielkich antycznych kamiennych budowlach na szczycie wzgórza niedaleko Szkodry w…

DWAJ RYWALE

DZIEŃ PIĄTY Opowieść V Pisownia oryginalna z 1930 roku Guidotto z Cremony porucza córkę swoją Giacominowi z Pawji i umiera.…


[CP_CALCULATED_FIELDS id=”7″]

Dodaj komentarz

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

Ta strona używa Akismet do redukcji spamu. Dowiedz się, w jaki sposób przetwarzane są dane Twoich komentarzy.

error

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

Przejdź do treści