Kvantna sprega: Kako čestice ostaju povezane uprkos udaljenosti i logici

Konceptualna ilustracija kvantne fluktuacije koja deluje kao prikladna ilustracija za sudaranje svetova. Foto: Science Photo Library / imago stock&people / Profimedia

Kvantna sprega je jedna od najintrigantnijih i najzagonetnijih pojava u kvantnoj mehanici. Ovo fascinantno svojstvo kvantnih čestica ne prestaje da zbunjuje i naučnike i širu javnost. Za razliku od predvidivih zakona klasične fizike, kvantna mehanika deluje u svetu gde nepredvidljivost vlada, što je najizraženije upravo u ponašanju spregnutih čestica, piše Earth.com.

U srži kvantne mehanike leži koncept superpozicije, prema kojem čestice mogu istovremeno postojati u više stanja. Kvantna sprega podiže ovaj koncept na viši nivo. Kada su čestice spregnute, njihova stanja postaju međusobno povezana na takav način da promena stanja jedne čestice trenutno utiče na drugu, bez obzira na udaljenost između njih. Ovo je slično situaciji u kojoj dve udaljene sijalice trepere sinhronizovano širom kosmosa, bez ikakve očigledne veze između njih.

Preporučujemo

Ovaj fenomen implicira da se informacije mogu deliti trenutno između spregnutih čestica, prkoseći ideji da ništa ne može putovati brže od svetlosti. Albert Ajnštajn je ovo nazvao "sablasnom akcijom na daljinu", što otvara duboka pitanja o samoj prirodi prostora i vremena.

Jedan od najvećih izazova u razumevanju kvantne sprege leži u merenju. Posmatranje jedne čestice u spregnutom paru automatski određuje stanje druge čestice, što postavlja pitanja kao što su: Šta tačno čini merenje i kako ono utiče na naše razumevanje stvarnosti?

Kompleksna matematika kvantne mehanike, koja uključuje pojmove poput Hilbertovih prostora, talasnih funkcija i operatora, može biti veoma zastrašujuća, čineći kvantnu spregu teškom za razumevanje za mnoge. Kvantna sprega, u suštini, prkosi klasičnim intuicijama i tera nas da preispitamo naše osnovno razumevanje sveta oko nas.

Međutim, razumevanje kvantne sprege postaje mnogo dostupnije zahvaljujući radu profesora Karla Kočera. Kao član Quantum Foundry na Univerzitetu Kalifornija Santa Barbara i profesor emeritus na Državnom univerzitetu Oregon, profesor Kočer je postao pionir u istraživanju kvantne sprege. Njegov nedavni članak u časopisu Frontiers in Quantum Science and Technology nudi dubok uvid u njegov revolucionarni eksperiment iz perioda 1964-67, koji se bavio kvantnom spregom optičkih fotona.

Njegov rad ne samo da pruža detaljan opis eksperimenta, već i pokušava da razjasni šta znači imati paradoks u kontekstu kvantne teorije. Kočer koristi svoj lični primer sa žiroskopom, kupljenim kada je imao samo osam godina, kao analogiju za objašnjenje kako intuitivno razumemo klasične sisteme, dok kvantna mehanika zahteva mnogo dublje razmišljanje i širenje naših umnih granica.

Kočerov eksperiment, izveden u maloj laboratoriji, fokusirao se na fotone vidljive svetlosti koju su emitovali pobuđeni atomi kalcijuma. Ti fotoni, koji ne stupaju u interakciju, emituju se u procesu dvostepenog spontanog emitovanja. Polarizacijska stanja fotona, koja su povezana sa njihovim spinovima, mogla su se jednostavno meriti sa običnim linearnim polarizatorima.

U ovom eksperimentu, fotomultiplikatorski detektori su korišćeni za brojanje pojedinačnih fotona i identifikaciju parova fotona iz istog atoma. Rotirajući linearni polarizator bio je postavljen ispred svakog detektora, a eksperiment je merio stopu kojom su parovi fotona detektovani, u zavisnosti od orijentacije polarizatora. Kada su polarizatori postavljeni paralelno, primećeno je da oba fotona mogu proći kroz svoje polarizatore i biti izbrojana kao broj koincidencija. Međutim, kada su polarizatori postavljeni pod pravim uglom, koincidencije nisu beležene.

Rezultati Kočerovog eksperimenta jasno su pokazali da se koincidencije beleže kada su ose polarizatora paralelne, i da se ne beleže kada su pod pravim uglom, u skladu sa predikcijama kvantne teorije. Ovaj rezultat je bio nedvosmislen i upečatljiv.

Međutim, ono što se čini paradoksalnim jeste činjenica da, iako svaka čestica ima 50% šanse da prođe kroz polarizator, kada su polarizatori pod uglom od 90 stepeni, ne dobijaju se koincidencije 25% vremena, kao što bismo mogli očekivati u klasičnom svetu.

Jedan od najzanimljivijih aspekata kvantne sprege je da ona nema analog u klasičnoj fizici. To znači da nijedan klasičan fenomen ne može u potpunosti da objasni ili imitira ono što se događa sa spregnutim česticama. Pored toga, istraživanja poput Kočerovog eksperimenta doprinela su ključnim uvidima koji danas čine osnovu za razvoj kvantnih računara, tehnologija koje obećavaju da će promeniti svet.

Na kraju, profesor Kočer veruje da paradoks kvantne sprege može biti delimično razrešen kada se um proširi kroz dalja istraživanja i eksperimente, poput onih koje je on sproveo. - Klasični fenomeni mogu uticati na naše misaone procese, čak i kada se upuštamo u kvantnu oblast. Ostaje izazov asimilovati spregu u intuiciju – objašnjava profesor. Takođe, dodaje da dodatna razmišljanja i eksperimentalni rezultati mogu pomoći da se um proširi i da se prihvati „čudno predivna“ priroda kvantnog sveta.

Kočerov rad i dalje ostaje jedan od ključnih temelja u razumevanju kvantne sprege i njenog značaja u savremenoj nauci.

(Telegraf Nauka / Earth.com)