Două echipe de cercetători au adăugat independent un strat suplimentar de bizarerie cuantică (corelarea cuantică) unui test al dualităţii undă-particulă, o demonstraţie a faimosului experiment imaginar propus de fizicianul Erwin Schrödinger.
Nimic nu este mai adorabil decât un pisoi care se joacă cu sfoară, dar când pisica lui Schrödinger se încurcă în sfoară, lucrurile devin cu adevărat ciudate.
Corelarea cuantică le permite cercetătorilor să întârzie măsurarea rezultatelor testului un timp nedefinit, chiar dacă se presupune că măsurătoarea în sine ar fi trebuit să determine mai devreme dacă fotonul se comportă asemeni unei unde sau asemeni unei particule într-un anumit punct al experimentului. Este echivalentul amânării luării unei decizii de a verifica dacă pisica lui Schrödinger trăieşte, este moartă sau se află într-o stare incertă, pe orice perioadă doriţi.
Înţelegerea acestui efect cuantic dual ar putea fi utilă atunci când construim calculatoare şi reţele de comunicare cuantice, care depind de corelarea cuantică pentru a funcţiona.
Pisica, în pericol
Ambele grupuri de cercetători au obţinut acest efect prin crearea unei noi versiuni a experimentului "deciziei întârziate". Conceput de fizicianul John Wheeler cu aproximativ 30 de ani în urmă, acesta implică utilizarea unui interferometru care conţine două splittere de raze. Primul împarte fasciculul de lumină care intră şi cel de-al doilea le recombină producând un model de interferenţă.
Un astfel de dispozitiv demonstrează dualitatea undă particulă în felul următor. Dacă lumina este transmisă prin interferometru, fiecare foton pe rând, rezultatul este tot un model de interferenţă, chiar dacă un singur foton nu poate fi scindat. Explicaţia stă în faptul că fotonul se comportă asemeni unei unde care poate fi scindată.
Mai mult, dacă îndepărtaţi dispozitivul care recombină cele două raze, interferenţa nu mai este posibilă şi fotonul iese din interferometrul ca şi particulă. Astfel puteţi controla dacă fasciculul acţionează ca o particulă sau ca o undă prin prezenţa sau absenţa celui de-al doilea separator de fascicule.
Această capacitate de a fi atât o particulă, cât şi o undă este o reminiscenţă a pisicii lui Schrödinger, o pisică imaginară aflată într-o cutie, a cărei soartă depinde de un atom radioactiv. Deoarece dezintegrarea atomului este reglementată de mecanica cuantică şi astfel ia o valoare certă doar atunci când este măsurată, pisica este oarecum atât moartă, cât şi vie, până când cutia este deschisă. Alegerea de a măsura fotonul ca o particulă este asemănătoare cu deschiderea cutiei şi constatarea că pisica este moartă sau vie, în timp ce măsurarea ca şi undă este echivalentul menţinerii cutiei închise, pisica aflându-se într-o stare de superpoziţie, fiind atât moartă cât şi vie în acelaşi timp.
Decizia întârziată
Fenomenul "deciziei întârziate" apare deoarece în mod bizar această capacitate de a controla caracterul fotonului pur și simplu prin măsurare funcţionează chiar dacă vă decideţi sau nu să îndepărtaţi cel de-al doilea separator de fascicule după ce fotonul a trecut prin primul. "Întrebarea pe care a pus-o Wheeler a fost dacă fotonul ştie dinainte cum să se comporte", afirmă Alberto Peruzzo de la Universitatea din Bristol, Marea Britanie.
Răspunsul a fost negativ: lumina rămâne într-o stare indecisă de particulă scindată şi de undă nescindată, chiar şi după ce a străbătut dispozitivul care ar produce scindarea particulei.
Acum Peruzzo şi colegii săi au preluat idea lui Wheeler şi au făcut un pas înainte prin înlocuirea celui de-al doilea separator de fascicule cu o versiune cuantică care este în acelaşi timp funcţională şi nefuncţională.
Acest separator cuantic de fascicule se poate afla în această stare duală deoarece este strâns legat de al doilea foton din afara interferometrului prin intermediul unui procedeu numit corelare cuantică (entanglement). Această proprietate se asigură că cea de-a doua stare a separatorului fasciculului de raze, fie că este funcţional, fie că nu, depinde de cel de-al doilea foton şi poate fi determinat prin măsurarea stării celui de-al doilea foton.
Cercetătorii au descoperit că acest lucru le-a permis să întârzie valoarea undei sau particulei fotonului până când a trecut prin toate echipamentele experimentale, inclusiv prin cel de-al doilea separator de fascicule care avea trasat ca şi sarcină să determine exact acest lucru. "Putem întârzia cu câteva nanosecunde, dar în principiu acest lucru este echivalent cu posibilitatea de a întârzia cât de mult ne dorim", explică Peruzzo.
Între timp, Sébastien Tanzilli de la University of Nice Sophia Antipolis din Franţa şi colegii săi au demonstrat exact acelaşi lucru folosind un mediu uşor diferit.
Consecinţele ambelor experimente pot fi exprimate în limbajul pisicii lui Schroedinger. "Mult timp după ce s-a presupus că pisica a fost ucisă sau nu, putem alege să determinăm fie dacă aceasta este moartă, fie dacă aceasta este vie sau să determinăm dacă aceasta este moartă şi vie în acelaşi timp", afirmă Seth Lloyd la Massachusetts Institute of Technology, care nu a fost implicat nici unul dintre experimente.
"Nu sunt disponibile atât de multe demonstraţii experimentale accesibile legat de bizareriile cuantice şi aceasta este una din cea mai tare", adaugă el.
Peruzzo consideră, de asemenea, că efectul ar putea avea aplicaţii practice. Deoarece biţii dintr-un computer cuantic sunt corelaţi, aceştia ar putea fi afectaţi de aceleaşi efecte bizare. "Fiecare tehnologie care va utiliza informaţiile cuantice va trebui să ţină cont de acest lucru", afirmă el.
Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului Entangle-schrodingers-cat-to-up-its-quantum-weirdness, publicat de New Scientist. Scientia.ro este singura entitate responsabilă pentru eventuale erori de traducere, Reed Business Information Ltd şi New Scientist neasumându-şi nicio responsabilitate în această privinţă.
Traducere: Ecaterina Pavel
