Fysikere har verificeret en forbindelse mellem to modintuitive kvanteegenskaber, hvilket kan hjælpe os med at forstå, hvordan kvanteobjekter forbliver uløseligt forbundet gennem sammenfiltring
Lys med komplekse rotationsegenskaber kan afsløre, hvordan kvanteeffekter fungerer
Kvantelys har vist, at den “spookiness”, der uløseligt kan forbinde to fjerne partikler, kan svare til en lige så underlig egenskab på kun en. Dette kan være nyttigt til at udvikle kvanteteknologier og hjælpe forskere med at forstå, hvorfor kvantepartikler kan blive sammenfiltret til at begynde med.
”Kvanteverdenen opererer på måder, der er grundlæggende forskellige fra de velkendte, deterministiske love for klassisk fysik,” siger Jianqi Sheng ved Xiamen University i Kina. Han og hans kolleger studerede to primære eksempler på mærkelig kvanteadfærd, kendt som kontekstualitet og ikke -lokalitet.
Kontekstualitet betyder, at resultatet af en måling af et kvanteobjekt afhænger af, hvilke andre målinger udføres på det på samme tid. Tænk på suppe – hvilken bønne i en bouillon smager som dig afhænger af, hvilke andre ingredienser du smager sammen med den. Ikke -lokalitet betyder på den anden side, at måling af egenskaberne ved et kvanteobjekt, ligesom en partikel, straks kan afsløre noget om en anden, selv når det er meget fjernt. Denne sammenfiltring kaldes undertiden ”uhyggelig handling på afstand”, og forskere er uenige om, hvordan det nøjagtigt sker.
Påfaldende har Sheng og hans kolleger nu vist, at en af disse egenskaber kan omdannes til en anden.
De brugte sammenfiltrede par lyspartikler eller fotoner. Forskerne satte hver foton i en kvantetilstand, der havde indviklede rotationsegenskaber: Havde de været en del af en lysstråle, ville strålen have været snoet i form af en helix.
Jo mere snoede de lavede fotonerne, jo mere kompliceret fik deres kvantetilstande. Faktisk kunne de skabe fotoner, hvis kvantetilstander havde op til seks dimensioner, opførte sig som om fotonen eksisterede i en seks-dimensionel kvanteverden. Man kan sige, at suppen havde mange lag af smag.
Fordi fotonerne var sammenfiltret, vidste teamet, at de ville opleve ikke -lokalitet. For eksempel betød det at få en af dem til at rejse gennem en linse eller ramme en detektor, der ændrede egenskaberne, altid, at de straks kendte de tilsvarende nye egenskaber ved den anden foton uden at skulle måle den. For at forbinde dette med kontekstualitet brugte de en matematisk opskrift til konvertering mellem ikke -lokalitet og kontekstualitet, der tidligere blev udviklet af Adán Cabello ved University of Sevilla i Spanien.
Cabello skabte en formel, som forskerne kunne tilslutte deres målinger til for at kontrollere, om konverteringen fungerede. Sheng og hans kolleger fandt, at det gjorde det. Forvikling kan også være multidimensionel, så Sheng siger, at det at være i stand til at sætte fotoner i multidimensionelle tilstande lader dem dele mange korrelationer med deres partner, hvilket var nøglen til at gøre denne test entydig.
”Da jeg startede (studerede) alt dette for mange år siden, var disse eksperimenter drømme. Og eksperimentet matcher virkelig kvanteforudsigelsen. Det er en ekstremt smuk bekræftelse af, at naturen virkelig følger kvantemekanik til en utrolig grad af præcision, ”siger Cabello.
Han siger, at forbindelsen mellem kontekstualitet og ikke -lokalitet ikke er blevet undersøgt så meget som fænomener som kvanteforvikling, men kan være nøglen til at forstå, hvordan begge fungerer overhovedet. Hvilken mekanisme gør det muligt for to sammenfiltrede fotoner at holde deres egenskaber korreleret, selv når de trækkes langt fra hinanden? Dette mangeårige spørgsmål om de grundlæggende elementer i kvantefysik er nøjagtigt, hvad eksperimenter som disse kan kaste lys over, siger Cabello.
Det nye arbejde kan også have praktiske konsekvenser. At være i stand til at konvertere teknologisk vanskelige kontekstualitetseksperimenter med en enkelt kvantepartikel til mere almindelige eksperimenter med par partikler gør kontekstualitet til en lettere tilgængelig ressource for teknologier som ultra-sikker kvantekommunikation, effektiv kvantekryptografi og nogle typer kvanteberegning, siger Sheng.
Tur
Cern og Mont Blanc, Dark and Frozen Matter: Schweiz og Frankrig
7. oktober 2025
6 dage dage