Dette Er et Bilde av Quantum Forviklinger… slags

The “photo” of quantum entanglement. “Bilde” av quantum forviklinger.Bilde: Moreau et al (Vitenskap, Fremskritt (2019))

En ny quantum mechanics eksperimentet viser feltets spookiest konsept, forviklinger, på en helt ny måte. Men, selvfølgelig, det er ikke så enkelt som det.

Mange andre medier har dekket det de har beskrevet som den første noensinne bilde, eller et “bilde” av forviklinger, noen ganger kalt nifs action på avstand. Bildet gjør slags vis forviklinger, men det er ikke de to kammer i bildet som er involvert—det er fotoner i dette bildet og andre fotoner andre steder. I tillegg eksperimentet ikke overvinne noen av smutthull som andre forskere har nødvendig og gått langt for å overvinne, for tester som dette. Det er ikke at fysikere er å gjøre noe galt, og det er at forviklinger er et vanskelig emne å dekke i en lett-å-forstå vilkårene uten handwaving. Så, la oss prøve.

Før vi kommer til bildet, trenger du et lynkurs i kvantemekanikk. Kvantemekanikk er den matematiske regler utviklet for å forklare den merkelige oppførselen til de minste partikler. Disse partiklene’ egenskaper, som deres energi, er “quantized,” som betyr at de kan bare anta verdier fra en rekke valg. På samme tid, partikler kan ta på seg en superposisjon av stater, noe som betyr at de antar at flere av disse verdiene samtidig når du ikke ser på dem. Disse verdiene er ledsaget av amplituder, som du kan tenke på som signal styrke. En ligning som kalles “bølgefunksjonen” beskriver alle mulige verdier med sine amplituder.

Når du observerer partikler, bølgefunksjonen kollapser og partikkelen forutsetter bare én av verdiene. Hvis to av disse partiklene samhandle og separat, blir de viklet seg inn, noe som betyr at en bølge funksjon nå beskriver dem begge, med amplituder tildelt både partikler’ verdier samtidig. Hvis du vil angi dette viklet seg inn bølgefunksjonen og måle hver partikkel flere ganger, og resultatene ville være mer korrelert enn du forventer fra de vanlige regler som gjelder for flipping mynter eller ved å rulle terningen.

Problemet med denne korrelasjonen er at det holder selv om partiklene er på andre sider av universet fra hverandre. Mindre informasjon liksom reiser raskere enn lysets hastighet i vakuum (som det ikke kan, i henhold til Einsteins lover), det er helt uklart hvordan disse partiklene kan fortsatt dele denne “skumle” tilkobling. Forskere opprinnelig tenkte at kanskje det var noen “lokale skjulte variabler” at de ikke tar hensyn til om korrelasjoner. Så de utviklet en test for å se om disse skjulte variabler som kan finnes.

Moderne eksperimenter krever vanligvis å måle sammenhenger mellom par av partikler, kaster de sammenhenger inn i en spesiell ligningen, og se om ligningen gjelder (lokal skjulte variabler eksisterer) eller bryter (vi kan ikke forstå universet). De krever fire sub-eksperimenter, som en av to målinger er plukket ut per hvert foton i par. Men uansett hva eksperiment vi kaster på den partikler, men de fortsetter å demonstrere den samme resultat: ligningen pauser, ingen skjulte variabler.

Bildet på toppen av denne artikkel som angivelig viser et par av lys som partikler, for å bryte ligningen—et kjennetegn quantum resultat før våre øyne, i henhold til papiret som er publisert denne uken i Vitenskapens Fremskritt. Det eksperimentelle oppsettet genererer et par avviklet fotoner, så sender det første gjennom et filter og inn på en sensor, og den andre gjennom en annen, bryter-filter og på en annen sensor som slår på kameraet som tar den første foton. I hovedsak, bare kameraet slås på og poster en hit hvis fanget fotoner treffer hver sensor til rett tid.

Dette bildet viser en split ring og er sammensatt av tusenvis av kjøringer av eksperimentet. Orienteringen av split er bestemt av filter som fotonet som slår på kameraet går gjennom, ikke fotonet at kameraet er imaging. Selv om nifs, dette er ikke helt forviklinger. Forskerne fastslått at det var “forviklinger” i systemet ved å utføre en beregning på det kombinerte data fra fotoner som har slått på kameraet, og fotoner at kameraet faktisk tok et bilde av. De funnet sammenhenger mellom noen av disse parene av fotoner’ egenskaper som var sterkere enn klassisk sannsynlighet ville forutsi.

Men, jeg sa tidligere at det er ment å være fire sub-eksperimenter, to på hvert foton. Det er ett av problemene med dette nye verket, forklarte John ‘Donohue, leder av vitenskapelige oppsøkende fra University of Waterloo’ s Institute for Quantum Computing, som ikke var involvert i studien. Alle de faktiske eksperimentere kommer fra filteret som slår på kameraet, mens “eksperiment” som er utført på den første foton er hentet senere fra data. Så, dette eksperimentet ikke inkluderer element av tilfeldighet er nødvendig for å utelukke skjulte variable teorier som eksperimenter som dette er ment å motbevise.

Så, mens disse resultatene er interessante, de er ikke så strenge som noen forskere ønsker. I tillegg er det mye mer spennende, om enn indirekte, bilder og grafer for å hekte seg fast inkludert i andre vitenskapelige artikler. Dette er ment å være et bilde av seg fast partikler i den bokstavelige betydning av begrepet, selv om det er mer som oppdaget lyset fra en av et par avviklet fotoner som krever en fysikk grad å fullt ut vikle hodet rundt. Det er fortsatt kjølig, skjønt!

“Analysen og teknikk er interessant, og jeg tror det vil føre til at flere personer å tenke på hvordan vi gjør dette i en mindre ukjent måte,” Donohue sa. “Og det kan alltid føre til noe super ryddig.”

Deler Denne Historien


Date:

by