Bezbłędny test Bella

[KopalniaWiedzy.pl 314]

Na Uniwersytecie w Delft przeprowadzono najbardziej rygorystyczny test splątania kwantowego. Może być on ostatecznym gwoździem do trumny modeli alternatywnych wobec standardowej mechaniki kwantowej, złą wiadomością dla hakerów przyszłości oraz dowodem, że Einstein się mylił. To historyczny moment - stwierdził Nicolas Gisin, fizyk kwantowy z Uniwersytetu w Genewie, który nie brał udziału w badaniach swoich holenderskich kolegów.

Jak pamiętamy, zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej obiekt może znajdować się jednocześnie w różnych stanach. Może być np. jednocześnie w dwóch miejscach czy przyjmować jednocześnie różne wartości spinu. Co więcej, obiekty mogą być ze sobą powiązane - splątane - w ten sposób, że zmiana stanu jednego z nich skutkuje natychmiastową zmianą wszystkich z nim powiązanych. Ta właściwość niezwykle niepokoiła Einsteina. Nazwał on splątanie kwantowe upiornym działaniem na odległość.

Tym, co tak bardzo nie podobało się Einsteinowi była szybkość zmian zachodzących pomiędzy splątanymi obiektami. Zachodzą one bowiem natychmiast, a to oznacza, że naruszona zostaje zasada, iż nic nie może poruszać się szybciej niż prędkość światła. Tymczasem to, co powoduje tak szybką zmianę może poruszać się szybciej od światła. Einstein, by poradzić sobie ze splątaniem kwantowym, zaproponował teorię zmiennych ukrytych. Zakłada ona, że istnieją przyczyny powstawania zjawisk fizycznych, których nie można opisać za pomocą mechaniki kwantowej.

W latach 60. ubiegłego wieku irlandzki fizyk John Bell zaproponował eksperyment, który pozwoli na rozstrzygnięcie sporu pomiędzy teorią zmiennych ukrytych a splątaniem.

Pierwszy eksperyment Bella przeprowadził w 1981 roku zespół Alaina Aspecta z francuskiego Instytutu Optyki w Palaiseau. Od tamtej pory przeprowadzono wiele podobnych eksperymentów, których wyniki zawsze wspierały istnienie splątania kwantowego. Wszystkie te eksperymenty posiadały jednak poważne niedociągnięcia, pozostawiając pole do interpretacji, których nie można było całkowicie odrzucić. W eksperymentach z użyciem splątanych fotonów istniał błąd detekcji. Polegał on na tym, że nie wszystkie fotony użyte w eksperymencie udało się wykrywać. Część z nich była tracona, więc eksperymentatorzy mogli tylko zakładać, że uzyskane wyniki są reprezentatywne dla całego zestawu. Z błędem detekcji próbowano sobie poradzić zastępując fotony łatwiejszymi do śledzenia atomami. Problem jednak w tym, że jest bardzo trudno odsunąć od siebie splątane atomy bez niszczenia stanu splątanego. W ten sposób powstaje błąd komunikacji, gdyż jeśli splątane atomy znajdują się zbyt blisko, można argumentować, że czynnik, który zmienił stan jednego z nich wpłynął bezpośrednio na zmianę atomów z nim splątanych. Nie ma tu zatem mowy o przekroczeniu prędkości światła.

Przed dwoma dniami w arXiv pojawił się artykuł opublikowany przez grupę pracującą pod kierunkiem Ronalda Hansona z Uniwersytetu w Delft. Artykuł nie został jeszcze poddany krytycznej ocenie innych naukowców, ale już wywołał spore poruszenie. Holendrzy informują bowiem o przeprowadzeniu pierwszego eksperymentu Bella, w którym poradzono sobie zarówno z błędem detekcji jak i komunikacji.

Uczeni z Delft wykorzystali technikę wymiany splątania, dzięki której mogli użyć zarówno światła, jak i materii. Swoją pracę rozpoczęli od dwóch niesplątanych elektronów w atomach diamentów znajdujących się w różnych laboratoriach na uniwersyteckim kampusie. Laboratoria dzieli 1300 metrów. Każdy z elektronów został splątany z fotonem, następnie fotony wysłano do trzeciej, wspólnej lokalizacji. Tam zostały splątane, co splątało również odpowiadające im elektrony. W ciągu 9 dni udało się splątać w ten sposób 245 par elektronów. W ten sposób przekroczono określony przez Bella limit, poza którym istnienie splątania uznaje się za udowodnione. Jako, że badano łatwe do wykrycia elektrony, wyeliminowano błąd detekcji, a ponieważ były one oddalone od siebie na znaczną odległość, nie ma też mowy o błędzie komunikacji.

To genialny, piękny eksperyment - chwali kolegów Anton Zeilinger, fizyk kwantowy z Uniwersytetu Wiedeńskiego. Nie zdziwię się, gdy za kilka lat któryś z autorów eksperymentu otrzyma Nagrodę Nobla. To niezwykle ekscytujące - mówi Matthew Laifer, fizyk z kanadyjskiego Perimeter Institute. Laifer dodaje, że test Bella pozbawiony zwyczajowych błędów to niezwykle ważna informacja dla kwantowej kryptografii. Tylko bowiem w teorii podsłuchanie kwantowej komunikacji nie jest możliwe. Istnienie błędów, przede wszystkim błędu detekcji, powoduje, że wysoko zaawansowane techniki pozwalają na podsłuchanie takich danych. Teraz spełniony zostaje postulat Artura Ekerta, który w 1981 roku stwierdził, że zintegrowanie testu Bella z kwantową kryptografią daje pewność, iż komunikacja nie zostanie podsłuchana. Pod warunkiem jednak, że będzie to test pozbawiony błędów. W praktyce jednak wykorzystanie wymiany splątania będzie bardzo trudne. Przypomnijmy, że w ciągu 9 dni uzyskano 245 par elektronów. Tymczasem do praktycznej kwantowej komunikacji konieczne jest przetwarzanie kluczy szyfrujących z prędkością tysięcy kubitów na minutę.

Istnieje jeszcze jedna, właściwie filozoficzna, dziura w teście Bella. Otóż sam Bell stwierdził, że ukryte zmienne mogą tak manipulować osobami prowadzącymi eksperyment, że wybiorą one do pomiarów te, a nie inne cechy, przez co dojdą do fałszywego wniosku, iż teoria kwantowa jest prawdziwa. Być może istnieje jakiś rodzaj superdeterminizmu, zgodnie z którym już podczas Wielkiego Wybuchu został wybrany sposób przeprowadzenia eksperymentu. Takiego założenia nigdy nie będziemy mogli obalić, więc sądzę, że nie powinniśmy zbytnio się tym przejmować - mówi Leifer.

« powrót do artykułu

[gucio222 3]

Ostatnie zdanie potwierdza że leżymy w żelu, lub nawet tylko nasze mózgi, a cała rzeczywistość jest jedynie projekcją istot które to stworzyły

[Jajcenty 314]

No jeśli teoria strun jest prawdziwa to z błędem komunikacji nie tak łatwo będzie sobie poradzić.

[ex nihilo 214]

Raczej błąd przestanie być błędem

[dzbanek1 12]

Einstein się mylił... Ameryke odkryli heh

[informaty 0]

Wg mnie da się pogodzić i Einteina i splątanie. Nic nie może poruszać się szybciej od światła w naszych trzech wymiarach, a spłątanie może być tylko widoczne w tych wymiarach a przekazywany w innym (piątym?).

[thikim 117]

Wyeliminowano jedynie jak sądzę teorie zmiennych ukrytych spełniających warunki lokalnego realizmu.

[Jajcenty 314]

 

 

a spłątanie może być tylko widoczne w tych wymiarach a przekazywany w innym (piątym?

Nic z tego. Bell powiedział,że nie ma niczego ukrytego. A teraz eksperymentalnie potwierdza się jego nierówności.  

[thikim 117]

Nie, nie powiedział

Ukrytych rzeczy jest cała masa.

Np. to jak jest przekazywana informacja o pomiarze do drugiej splątanej cząstki.

Wiesz jak Jajcenty? Cała ludzkość nie wie. Bo to jest coś ukrytego

[Jajcenty 314]

 

 

Nie, nie powiedzia

Ależ pedział. Pedział: pytanie o paradoks EPR jest nietatktem  

[Gość Astro]

No tak, ale uwielbiam to zdanie z wiki (udało się komuś nieziemsko ):

Tym samym jedynymi teoriami zmiennych ukrytych pozostającymi w zgodzie z nowoczesną fizyką są koncepcje nielokalne oraz nierealistyczne.

https://pl.wikipedia.org/wiki/Teoria_zmiennych_ukrytych

[ex nihilo 214]

 

 

Np. to jak jest przekazywana informacja o pomiarze do drugiej splątanej cząstki.

 

I tu jest pytanie, czy informacja w ogóle jest przekazywana... czy raczej jest to jeden układ fizyczny (niezależnie od odległości), który tej odległości "nie widzi". Coś w rodzaju ciągniętej z gęby gumy do żucia

 

A możliwości istnienia dodatkowych wymiarów, jak to napisałeś, nierówności Bella nie negują, nie negują też możliwości przekazania przez nie informacji, a jedynie zaprzeczają istnieniu ukrytej w dowolnych wymiarach deterministycznej wiedzy o zachowaniu cząstek.

[Tomi 0]

Czyli świat nie jest realny!

Tutaj jest to lepiej wyjaśnione...
http://rdc.pl/publikacja/niedziela-filozofow-lokalny-realizm-a-mechanika-kwantowa/

 

[Gość Astro]

 

 

Czyli świat nie jest realny!

 

Gratuluję pewności w kwestii interpretacji naszej niewiedzy.

 

 

 

Tutaj jest to lepiej wyjaśnione...

 

Do końca to nie wiem…

[ex nihilo 214]

Czyli świat nie jest realny!

 

Co wg Ciebie znaczy "nie jest realny"?

[Tomi 0]

Co wg Ciebie znaczy "nie jest realny"?

To wynika z rozmowy, której link zamieściłem z dr. Janem Chwedeńczukiem

w Radio RDC, który w bardzo przystępny sposób opisuje to zjawisko.

 

Wg naukowców nie ma lokalnego realizmu, czyli oczywiście w skrócie,

na objekty kwantowe mogą wpływać zjawiska niezależnie od odległości,

co kompletnie nie współgra z naszym obecnym rozumieniem świata.

 

Polecam też więcej rozmów z Panem Janem:

http://rdc.pl/?s=Jan%20Chwede%C5%84czuk

 

 

[ex nihilo 214]

Ok., rozmowa bardzo fajna, dr Chwedeńczuk tłumaczy te sprawy w sposób faktycznie najprostszy z możliwych, ale ani z tej rozmowy, ani z całej 'kwantologii' nie wynika teza ogólna, że "świat nie jest realny!"

[Tomi 0]

Ok., rozmowa bardzo fajna, dr Chwedeńczuk tłumaczy te sprawy w sposób faktycznie najprostszy z możliwych, ale ani z tej rozmowy, ani z całej 'kwantologii' nie wynika teza ogólna, że "świat nie jest realny!"

 

Oczywiście, że to jest mega uproszczenie, ale musisz się zgodzić z faktem, że jak na przedmioty realne (można określić ich właściwości) wpływa coś niezależnie od odległości, to coś ze światem musi być nie tego :-)

[ex nihilo 214]

Przeciwnie - gdyby test Bella wykazał, że istnieje jakiś deterministyczny układ sterowania zachowaniem cząstek i nie ma tej EPRowej nielokalności, to właśnie wtedy bym uznał, że albo ze światem coś nie tego jest (np. jakaś bozia nim steruje), albo... cholera wie co "albo". 

 

W sumie świat jest w bardzo dużym stopniu realny: cząstka oddziałująca (np. zderzająca się z czymś, związana w atomie itd., itp.) ma nieźle określone właściwości. "Nierealność" dotyczy przede wszystkim cząstek swobodnych, których właściwości stopniowo "rozmywają się" - od stanu określonego (oddziaływanie) do stanu superpozycji (obojętnie jak rozumianej) wszystkich stanów możliwych dla danego rodzaju cząstek. Czyli Ty czy ja i nasze otoczenie jesteśmy obiektami niemal stuprocentowo realnymi, deterministycznymi i lokalnymi.

 

A tak przy okazji można się zabawić i spróbować pozbyć się paradoksów. Oczywiście bedzie to wyjście poza porządną, twardą fizykę Założmy, że cząstki nie są jakimiś zanurzonymi w przestrzeni materialnymi obiektami, a są stanami (potencjałami, strukturami) samej przestrzeni, nieważne w tym momencie ilu wymiarowej. Cząstka swobodna byłaby rozmytym - zgodnie z ewolucją funkcji falowej - "glutem" wszystkich dostępnych właściwości (potencjałem), który w momencie oddziaływania zbierałby się do kupki (w t=0, ograniczenie do c w tym przypadku nie musi obowiązywać, cząstka nie przemieszcza się jako całość, a tylko lokalizuje) tworząc zdefiniowaną i zlokalizowaną strukturę, którą rejestrujemy jako cząstkę. Po zakończeniu oddziaływania struktura powracałaby do stanu potencjalu stopniowo się rozmywając. Cząstki splątane oddalając się od siebie nadal mogłyby pozostawać z sobą połączone splątaną właściwością. Byłby to jeden układ fizyczny, wewnątrz którego w momencie wyjścia ze splątania nie zachodziłby żaden przepływ energii, a jedynie cząstki "dzieliłyby się" wspólną superpozycją którejś (którychś) z potencjalnych możliwości, czyli mogłoby to zajść w t=0. Gupie? Pewnie tak, ale mnie taki obrazek bawi

[Tomi 0]

Przeciwnie - gdyby test Bella wykazał, że istnieje jakiś deterministyczny układ sterowania zachowaniem cząstek i nie ma tej EPRowej nielokalności, to właśnie wtedy bym uznał, że albo ze światem coś nie tego jest (np. jakaś bozia nim steruje), albo... cholera wie co "albo". 

 

Żałuję, że nie jestem fizykiem i moja wiedza opiera się na literaturze popularno-naukowej, ale z tego co wiem to zjawiska fizyki kwantowej nie tylko odnoszą się do samotnych cząstek elementarnych, ale też całych objektów np. kondensat Bosego-Einsteina. To też świetnie opisał dr. Chwedeńczuk.

Co z kolei stawia następny problem budowy świata, czy struktura świata jest falowa? Zgodnie z teorią falową, co by tłumaczyło ograniczenie maksymalnej prędkości poruszania się. Co budzi następne pytanie, w czym ta fala się porusza :-)

 

Myślę, że teori jest coraz więcej i stoimy w okresie przełomu, tylko trzeba poszukać nowego Einsteina.

[ex nihilo 214]

Też nie jestem fizykiem, chociaż niewiele do tego brakowało... przeszkodziła seria zdarzeń - dosyć dziwnych i przypadkowych Ale dzięki temu mogę sobie pozwolić na luz w myśleniu i dowolne herezje, co też ma zalety

 

A co do zjawisk kwantowych - do nas też się odnoszą, a nawet wszechświata jako całości, tyle że są one na ogół daleko poza granicami błędu pomiaru.

[Gość]

Nie wzięto pod uwagę możliwości istnienia 5 wymiaru który połączony jest ze wszystkimi atomami ale ma nieskończenie małą wielkość, to pozwala na upiorne działanie na odległość bez przekraczania prędkości światła.

[Gość Astro]

 

 

pozwala na upiorne działanie na odległość bez przekraczania prędkości światła.

 

Dziadek Albert wiecznie żywy. Tak z grubsza, to paradoks EPR to dziś już tylko historia fizyki.

 

 

 

Nie wzięto pod uwagę możliwości istnienia 5 wymiaru

 

Bo szósty wymiar, tak z grubsza, kasuje ten piąty.