Upiorne działanie na odległość, czyli splątanie kwantowe
Eksperyment, o którym mowa, dotyczył atomów helu. Te, w przeciwieństwie do często badanych fotonów, posiadają masę i podlegają oddziaływaniu grawitacyjnemu. To właśnie ten aspekt czyni odkrycie szczególnie przełomowym. Dotychczas podobne efekty kwantowe, takie jak superpozycja czy splątanie, były demonstrowane głównie na cząstkach światła, które znacznie łatwiej poddają się manipulacji i izolacji od wpływów zewnętrznych. Tym razem naukowcy udowodnili, że te same zasady obowiązują również dla materii w bardziej namacalnej formie.
Czytaj też: Przejścia między stanami kwantowymi zachodzą zgoła inaczej od dotychczasowych teorii
W trakcie eksperymentu jego autorom udało się stworzyć układ, w którym dwie cząstki były ze sobą splątane w ruchu. Oznacza to, iż ich stan kwantowy był wspólny, a zachowanie jednej z nich natychmiast wpływało na drugą, niezależnie od odległości. Co więcej, para atomów znajdowała się jednocześnie w dwóch różnych lokalizacjach. Jest to bezpośrednią manifestacją zjawiska superpozycji. Dla ludzkiej intuicji brzmi to paradoksalnie, jednak dokładnie takie zachowanie przewiduje teoria kwantowa od ponad stu lat.
Sami zainteresowani podkreślają, że osiągnięcie tego efektu było ogromnym wyzwaniem technologicznym. W przeszłości wiele zespołów próbowało ujarzmić podobne zjawiska w odniesieniu do atomów, jednak bez sukcesu. Dopiero zastosowanie zaawansowanych metod chłodzenia, kontroli i detekcji pozwoliło na uzyskanie wystarczającej precyzji, aby uchwycić tak subtelne efekty.
Przełomowy eksperyment z atomami helu w rolach głównych
Znaczenie tego odkrycia wykracza jednak daleko poza samą demonstrację egzotycznych właściwości materii. Eksperyment tworzy nową platformę badawczą, która może pomóc w rozwiązaniu jednego z największych problemów współczesnej fizyki: pogodzenia mechaniki kwantowej z teorią grawitacji. Ponieważ atomy mają masę i “czują” grawitację, ich splątanie i superpozycja mogą dostarczyć bezpośrednich wskazówek dotyczących tego, jak te dwa fundamentalne opisy rzeczywistości współdziałają na najgłębszym poziomie.
Czytaj też: Wykrywanie fluktuacji czasoprzestrzeni? To może zmienić badania nad grawitacją kwantową
Niektórzy naukowcy widzą w tym również krok w stronę tzw. teorii wszystkiego, czyli hipotetycznego modelu opisującego wszystkie oddziaływania fizyczne w jednym spójnym ujęciu. A co z praktycznymi zastosowaniami? Również się pojawiają. Lepsze zrozumienie splątania w układach atomowych może przyczynić się do rozwoju technologii kwantowych, takich jak komputery kwantowe czy ultra-precyzyjne czujniki. Układy oparte na atomach mogą okazać się bardziej stabilne i łatwiejsze do integracji z istniejącymi technologiami niż rozwiązania wykorzystujące fotony.
Źródło: Australian National University, Nature Communications
