Fysikere demonstrerer ny måde at krænke lokal kausalitet

(Phys.org)—For første gang, fysikere har eksperimentelt demonstreret krænkelsen af ​​"bilokal kausalitet" - et begreb, der er relateret til den mere standard lokale kausalitet, bortset fra at det tegner sig for den præcise måde, hvorpå fysiske systemer oprindeligt genereres. Resultaterne viser, at det er muligt at krænke lokal årsagssammenhæng på en helt ny og mere generel måde, hvilket kan føre til en potentiel ny ressource for kvanteteknologier.

Fysikerne, Gonzalo Carvacho et al., fra institutioner i Italien, Brasilien, og Tyskland, har udgivet et papir om påvisning af krænkelsen af ​​bilocal kausalitet i et nyligt nummer af Naturkommunikation .

Generelt, ideen om lokal kausalitet tages normalt som en selvfølge:objekter kan kun påvirke andre objekter, når de er fysisk tæt på hinanden, og enhver sammenhæng mellem fjerne objekter må være opstået i fortiden, da de var tættere på hinanden. Men i kvanteverdenen, fjerne partikler kan korreleres på måder, der er umulige for klassiske objekter, medmindre disse fjerne partikler på en eller anden måde kan påvirke hinanden.

For at afgøre, om lokal kausalitet er blevet overtrådt, fysikere udfører Bell-tests, som forsøger at krænke Bell -uligheder. Hvis en Bell -ulighed krænkes, så er enten lokalitet eller realisme (eller blot "lokal realisme") også blevet krænket.

Der er snesevis af forskellige versioner af Bell -uligheder, men i øjeblikket antager de alle den samme antagelse:at sammenhængene mellem partikler alle stammer fra en enkelt fælles kilde. I rigtige eksperimenter, imidlertid, partikler og deres korrelationer kan komme fra mange forskellige kilder.

For at løse dette problem, det nye papir betragter en ny type Bell -ulighed, der tegner sig for, at de to kilder til stater, der blev brugt i forsøget, er uafhængige, den såkaldte bilokalitetsantagelse. Ved at krænke denne nye type Bell-ulighed, forskerne har for første gang krænket den bilokale kausalitet, angiver tilstedeværelsen af ​​ikke-bilokale korrelationer, der er helt anderledes end andre typer kvantekorrelationer.

Forskerne viste også, at i visse situationer, det er muligt at krænke bilokal kausalitet, men ikke nogen anden form for lokal kausalitet. Dette fund tyder endvidere på, at denne form for krænkelse virkelig er anderledes end enhver almindelig lokal kausalitetskrænkelse.

"Vores arbejde er et eksperimentelt bevis-på-princip for netværksgeneraliseringer af Bells sætning, "fortalte medforfatter Fabio Sciarrino ved Sapienza Universitet i Rom Phys.org . "Vi demonstrerede eksperimentelt, hvordan bilokalitet kan betragtes som en kraftfuld ressource, der udvider vores nuværende muligheder for at behandle oplysninger på en ikke-klassisk måde."

Samlet set, resultaterne bidrager til det perspektiv, at standard Bell-uligheder blot er én bestemt type af mere generelle fænomener. Yderligere udforskning af denne idé kunne vejlede designet af fremtidige eksperimenter, der kan afsløre større indsigt i krænkelser af lokal kausalitet og hvordan de kan bruges i applikationer. De nye ikke-bilokale korrelationer, for eksempel, kunne bruges som en ressource til etablering af yderst sikre kvantekommunikationskanaler i komplekse kvantenetværk.

I fremtiden, forskerne planlægger at udvide den eksperimentelle demonstration til større kvante netværk. De bemærkede også, at det nuværende eksperiment er underlagt smuthuller, ligesom enhver anden Bell -test, andet end de nylige smuthuller uden Bell-test. Fysikerne håber, at der en dag også kan udvikles en smuthulstest for krænkelse af bilokal kausalitet.

"Et naturligt næste trin er at eksperimentelt realisere større kvantenetværk ved at tilføje flere noder og mere sammenfiltrede kilder, "Sciarrino sagde." Vores nuværende forskningsplaner omhandler undersøgelsen af ​​todeltheden i kvantenetværk under strenge betingelser for referencerammer mellem de forskellige parter for at fremhæve et andet kendetegn ved denne nye ressource. "

© 2017 Phys.org