Kvantni eksperiment koji pomiče granice onoga što smatramo stvarnošću.
Klasična i kvantna mehanika već se desetljećima gledaju preko nišana. Svaka ima svoja pravila — a kvantna, posebno na razini subatomskih čestica, zna biti krajnje čudna. Jedan od najslavnijih primjera je kvantna isprepletenost: pojava kod koje su dvije čestice toliko povezane da stanje jedne automatski određuje stanje druge, bez obzira na udaljenost među njima. Ova ideja izravno proturječi načelima klasične fizike i natjerala je Alberta Einsteina da je svojevremeno nazove “sablasnim djelovanjem na daljinu”.
Ono što danas nazivamo kvantnom nelokalnosti temelji se upravo na takvim neobjašnjivim interakcijama. Dok lokalna teorija — temelj klasične fizike — tvrdi da objekti mogu biti pod utjecajem samo onoga što im je u neposrednoj blizini, kvantna fizika pokazuje da čestice mogu biti povezane kroz prostor, na načine koji zbunjuju i najiskusnije fizičare. A sada, najnoviji eksperiment otkriva koliko ta nelokalnost zapravo može biti ekstremna.
Eksperiment temeljen na GHZ-paradoksu
Još 1989. trojica fizičara — Daniel Greenberger, Michael Horne i Anton Zeilinger — opisala su teorijski paradoks koji jasno razdvaja klasičnu i kvantnu sliku svijeta. GHZ-paradoks (po njihovim prezimenima) pokazuje da kada se fizički sustav pokušava objasniti isključivo lokalnim uvjetima, dolazi se do matematičkih kontradikcija — uključujući i situacije u kojima računica pokaže da je 1 = -1. Taj paradoks danas služi kao ključni alat za testiranje koliko kvantno ponašanje odstupa od svega što poznajemo iz klasične fizike.
Novi rad, objavljen u časopisu Science Advances, ide još dalje. Međunarodni tim znanstvenika odlučio je eksperimentalno provjeriti dokle seže kvantna nelokalnost — i koliko se radikalno svjetlosna čestica može ponašati izvan okvira svakodnevne stvarnosti.
Foton u 37 dimenzija
U središtu eksperimenta nalazi se foton — osnovna čestica svjetlosti — koji je bio manipuliran tako da istodobno egzistira u 37 nezavisnih kvantnih stanja. Da bismo razumjeli koliko je to ekstremno, vrijedi se prisjetiti da se naše fizičko postojanje opisuje s pomoću tri prostorne dimenzije (visina, širina, dubina), uz četvrtu — vremensku.
Za razliku od toga, foton iz ovog eksperimenta zahtijevao je čak 37 dimenzionalnih referentnih osi da bi se uopće moglo matematički opisati njegovo stanje. Drugim riječima, da bismo ga “vidjeli” u potpunosti, potreban nam je prostor 10 puta kompleksniji od onoga u kojem mi živimo.
“Ovaj eksperiment pokazuje da je kvantna fizika još manje klasična nego što smo ranije mislili,” rekao je Zhenghao Liu, fizičar s Tehničkog sveučilišta u Danskoj i jedan od autora istraživanja, za New Scientist. “Možda i nakon više od sto godina još uvijek vidimo tek površinu onoga što kvantna mehanika stvarno jest.”
Kako su to izveli?
Da bi ostvarili ovaj efekt, istraživači su morali proizvesti visoko koherentnu svjetlost — doslovno identičnu u boji i valnoj duljini — te ju koristiti za implementaciju GHZ-paradoksa kroz fotone. Preciznim podešavanjem uvjeta, uspjeli su oblikovati kvantni sustav u kojem fotoni ne pokazuju samo isprepletenost, već i najjače do sada zabilježene neklasične efekte.
To su, prema riječima autora, “najizraženiji kvantni učinci u višedimenzionalnim sustavima ikada proizvedeni u laboratorijskim uvjetima.”
Kao što to često biva u temeljnoj znanosti, primjene nisu trenutačne — ali potencijal je ogroman. Višedimenzionalni kvantni sustavi otvaraju mogućnosti za napredniju obradu informacija, sigurniju kvantnu komunikaciju i moćnije kvantno računalstvo. Svaki dodatni stupanj slobode — odnosno svaka nova “dimenzija” u kojoj kvantna čestica može postojati — potencijalno nosi više informacija, veću otpornost na pogreške i složenije operacije.
“Vjerujemo da ovaj rad otvara cijeli niz novih smjerova za buduća istraživanja,” zaključuju autori. “Nadamo se da će naši rezultati poslužiti kao temelj za razvoj još snažnijih kvantnih sustava u višedimenzionalnim okruženjima.”
Ako je do sada kvantna mehanika bila poput prozora u nepoznato, ovakav eksperiment sugerira da smo tek odškrinuli vrata — i da je ono što se nalazi iza njih možda daleko složenije nego što možemo pojmiti.
🔵 Pridružite se razgovoru!
Imate nešto za podijeliti ili raspraviti? Povežite se s nama na Facebooku i pridružite se zajednici znatiželjnih istraživača u našem Telegram kanalu. Za najnovija otkrića i uvide, pratite nas i na Google Vijestima.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
