Słynny eksperyment myślowy Schrödingera z kotem w roli głównej pokazał, jak trudno jest zastosować teorię kwantową w realnym życiu. Fotony zachowują się jednak inaczej od kotów. Superpozycja oznacza, że fotony mogą być wszystkim – w każdym stanie i miejscu – jednocześnie. Nie stosują się nawet do reguł przyczynowo-skutkowych, wedle których zdarzenia następują po sobie w określonym porządku przyczynowym.
Tymczasem finansowani ze środków UE naukowcy z Uniwersytetu Wiedeńskiego odkryli nowy sposób „spoglądania” na ten nieokreślony przyczynowo porządek, przyrównując swój eksperyment do biegaczki, Alice, która jednocześnie wygrywa i przegrywa wyścig. Philip Walther wraz z zespołem pracującym nad projektem EQUAM (Emulators of Quantum Frustrated Magnetism) jest przekonany, że pomieszanie porządku przyczynowego umożliwi poczynienie postępów w informatyce i komunikacji.
Czy mamy (przyczynowego) świadka?
Problem z superpozycją polega na tym, że kiedy już ma zostać „zobaczona” lub zmierzona, to przestaje istnieć. Jeżeli cząstka kwantowa była wszystkim jednocześnie, to z założenia miała określony stan. W skrócie, otwarcie pojemnika Schrödingera powoduje przerwanie eksperymentu. Naukowcy starają się zatem dowieść, że brak porządku przyczynowego musiał zostać wysnuty na podstawie udanego algorytmu, a nie bezpośrednio zmierzony. Tymczasem zespół EQUAM odkrył trzecią możliwość.
Posługując się teoretyczną koncepcją matematyczną, tzw. „świadkiem przyczynowym” – opracowaną przez grupę Časlava Bruknera z Austriackiej Akademii Nauk – Philip Walther wraz z zespołem był w stanie po raz pierwszy wykazać, że proces kwantowy nie jest uporządkowany przyczynowo.
Ważny krok naprzód
W swoim eksperymencie naukowcy podzielili wiązkę światła na dwie za pomocą urządzenia optycznego i zabrali się za mieszanie porządku różnych ścieżek, którymi podążało. Aby nie zaburzyć delikatnego procesu, przygotowali inny system kwantowy, który miał „powiadomić”, kiedy przejdzie światło. Świadek przyczynowy zmierzył ten dodatkowy system kwantowy, utrzymując superpozycję w nienaruszonym stanie.
Potwierdził, że fotony przeszły obydwie operacje kwantowe w dwóch kolejnościach jednocześnie. Inaczej mówiąc, naukowcy byli w stanie „zobaczyć”, jak Alice przegrywa i wygrywa wyścig oraz zmierzyć stopień superpozycji obydwu sytuacji. „Nasza eksperymentalna demonstracja to ważny krok naprzód w tej dziedzinie, gdyż pokazuje, jak wydobywać informacje z tych procesów bez zaburzania ich kwantowego charakteru” – stwierdziła Giulia Rubino, naczelna autorka raportu z badań.
Przeprowadzono już wiele badań poświęconych roli relacji przyczynowych, niemniej zespół projektu EQUAM przeniósł teorię do laboratorium. Kolejnym celem grupy jest stworzenie superpozycji bardziej złożonych procesów, aby zyskać dalszy wgląd w relacje przyczynowe.
Więcej informacji:
strona projektu w serwisie CORDIS
Matematyka i statystyka - ostatnio dodane
poleca:
