Dimostrare Che Einstein Ha Sbagliato Con L'Esperimento Quantistico "Spettrale"

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In un nuovo esperimento, i fisici mostrano "l'azione spettrale a distanza - in cui la misura di una particella influenza effettivamente la sua posizione - è reale.

La meccanica quantistica è una delle teorie meglio testate della scienza, ed è una delle poche in cui i fisici possono fare esperimenti dimostrando che Einstein aveva torto.

Questo è ciò che un team della Griffith University e dell'Università di Tokyo in Giappone ha fatto questa settimana, dimostrando che un fenomeno strano - in cui la misura di una particella influenza effettivamente la sua posizione - è reale.

Negli anni Venti e Trenta, Albert Einstein disse che non poteva sostenere questa idea, che chiamò "azione spettrale a distanza", in cui una particella può essere in due posti contemporaneamente e non è finché non si misura lo stato di quella particella che prende una posizione definita, apparentemente senza segnale trasmesso ad essa e ad una velocità più veloce della luce. Quando la particella prende la sua posizione definita, i fisici si riferiscono a questo mentre la sua funzione d'onda collassa.

Il fenomeno era al di fuori dell'esperienza contemporanea in fisica e sembrava violare la teoria della relatività, che postula che la velocità della luce è un limite assoluto alla velocità di qualsiasi informazione può viaggiare. Einstein propose che la particella non si trovasse in uno stato di sovrapposizione, o in due posti contemporaneamente; ma ha sempre una posizione "vera", e le persone semplicemente non possono vederlo. [Come funziona Quantum Entanglement (Infographic)]

Utilizzando un singolo fotone (particella di luce), i ricercatori australiani e giapponesi hanno condotto un esperimento che mostra che misurare una proprietà di una particella quantistica in un posto influirà su ciò che si vede in un altro luogo. Cioè, hanno mostrato che la sovrapposizione e la funzione d'onda collassante sono fenomeni reali.

Alice e Bob

Il fenomeno è dimostrato con un esperimento mentale in cui un raggio di luce viene diviso, con una metà che va ad Alice e l'altra a Bob. Alice quindi indica se ha rilevato un fotone e, in tal caso, in quale stato si trova, potrebbe essere la fase del pacchetto d'onde che descrive il fotone. Matematicamente, però, il fotone si trova in uno stato di "sovrapposizione", il che significa che si trova in due (o più) posti contemporaneamente. La sua funzione d'onda, una formula matematica che descrive la particella, sembra mostrare che il fotone non ha una posizione definita.

"La misurazione di Alice collassa la sovrapposizione", intendendo che i fotoni sono in un posto o in un altro, ma non entrambi, Howard Wiseman, direttore del Centro per la dinamica quantistica dell'Università Griffith, che ha condotto l'esperimento, ha detto a WordsSideKick.com. Se Alice vede un fotone, significa che lo stato quantistico della particella di luce nel laboratorio di Bob collassa in uno stato cosiddetto a zero fotoni, che significa nessun fotone. Ma se lei non vede un fotone, la particella di Bob collassa in uno stato di un fotone, ha detto.

"Ti sembra ragionevole?" Spero di no, perché Einstein certamente non pensava che fosse ragionevole, pensava che fosse pazzesco ", ha aggiunto, riferendosi al fatto che la misurazione di Alice sembrava dettare quella di Bob.

Il paradosso è stato parzialmente risolto anni dopo, quando gli esperimenti hanno dimostrato che anche se l'interazione tra due particelle quantistiche avviene più velocemente della luce (appare istantanea), non c'è modo di usare quel fenomeno per inviare informazioni, quindi non c'è possibilità di -segnali luminosi. [10 Implicazioni del viaggio più veloce della luce]

Divisione dei fotoni

Il team di Griffith, tuttavia, voleva fare un ulteriore passo avanti e mostrare che la funzione d'onda collassante - il processo di Alice "che sceglie" una misurazione e che influenza la rilevazione di Bob - sta effettivamente accadendo. E mentre altri esperimenti hanno mostrato l'entanglement con due particelle, il nuovo studio coinvolge un fotone con se stesso.

Per fare questo hanno sparato un fascio di fotoni su uno splitter, quindi metà della luce è stata trasmessa e metà è stata riflessa. La luce trasmessa andò a un laboratorio e la luce riflessa passò all'altro. (Questi erano "Alice" e "Bob" dell'esperimento mentale).

La luce veniva trasmessa come un singolo fotone alla volta, quindi il fotone era diviso in due. Prima che il fotone fosse misurato, esisteva in uno stato di sovrapposizione.

Un laboratorio (Alice) usava un laser come riferimento per misurare la fase del fotone. Se si pensa alla luce come un'onda sinusoidale ripetitiva, la fase è l'angolo che si sta misurando, da 0 a 180 gradi. Quando Alice cambiò l'angolo del suo laser di riferimento, ottenne diverse misurazioni del fotone: o il suo fotone era in una certa fase o non era affatto presente.

Poi l'altro laboratorio (o Bob) guardò i loro fotoni e scoprì che i fotoni erano anti-correlati con Alice - se vedeva un fotone non lo faceva, e viceversa. Lo stato del fotone di Bob dipendeva da ciò che Alice misurava. Ma nella fisica classica non dovrebbe accadere; piuttosto, le due particelle dovrebbero essere indipendenti l'una dall'altra.

Calcolo quantistico

Akira Furusawa, professore di fisica applicata presso l'Università di Tokyo e uno dei coautori dello studio, ha detto che l'esperimento aiuta a esplorare diversi tipi di elaborazione di informazioni quantiche - e con esso, comunicazioni e informatica.

"Di solito ci sono due tipi di elaborazione delle informazioni quantistiche", ha detto. "C'è il tipo di qubit, l'elaborazione delle informazioni digitali, e c'è una variabile continua, una sorta di tipo analogico di informazioni quantistiche.Stiamo cercando di combinarli. "L'elaborazione convenzionale spesso si basa sul conteggio dei fotoni, ma questo tipo di misurazione dei singoli fotoni è più efficiente, ha affermato.

Wiseman ha detto che un'applicazione è nella sicurezza delle comunicazioni.

"Il nostro esperimento è un test più rigoroso delle proprietà di tali stati di quanto sia mai stato fatto prima, nel senso che non dobbiamo fidarci di nulla che sta accadendo nel laboratorio di Alice.Questo potrebbe essere utile per comunicare segreti quando non tutti le parti sono fidate. "

L'esperimento è descritto nel numero del 24 marzo della rivista Nature Communications.

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