Kvantemekanik:forviklinger i ultrakølede atomskyer

Et systems tilstand er karakteriseret som sammenfiltret eller kvantekorreleret, hvis to eller flere partikler ikke kan beskrives som en kombination af separate, uafhængige stater, men kun som en helhed. Det er for nylig lykkedes forskere ved Kirchhoff Institute for Physics ved Heidelberg University at verificere såkaldte ikke-lokale kvantekorrelationer mellem ultrakølede skyer af rubidiumatomer. Under ledelse af Prof. Dr. Markus Oberthaler og Prof. Dr. Thomas Gasenzer, forskerne var i stand til at få vigtig ny indsigt i karakteren af ​​kvantemekaniske mangekropssystemer.

De korrelationer, som teorien om kvantemekanik forudsiger, er kontraintuitive. Disse kvantekorrelationer synes at modsige Heisenberg -usikkerhedsprincippet, der siger, at to egenskaber ved et objekt, såsom position og hastighed, kan aldrig præcist bestemmes på samme tid. I kvantemekaniske systemer, imidlertid, to partikler kan fremstilles for nøjagtigt at forudsige positionen af ​​partikel to ved at lokalisere positionen af ​​partikel et. Tilsvarende måling af hastigheden på den ene partikel gør det muligt at forudsige hastigheden på den anden. "I dette tilfælde, positionen og hastigheden af ​​partikel to skal præcist bestemmes før måling, "siger prof. Oberthaler." Måleresultatet for partikel et kan ikke umiddelbart være til stede på partikel to's position, hvis de to er rumligt adskilte. "

Usikkerhedsprincippet understøtter faktisk ikke denne samtidige bestemmelse af position og hastighed. Men i kvantemekanik, to objekter betragtes ikke som separate, hvis de er korrelerede, dvs. viklet ind, deraf løses den tilsyneladende modsætning. "Hvis vi kan bevise, at måleresultater af forskellige observerbare i et system faktisk kan forudsiges ved at måle et sekund, fjernsystem, så kan vi også bruge dette bevis til at underbygge forvikling - og det er præcis, hvad vi gjorde i vores eksperiment, "siger Philipp Kunkel, undersøgelsens primære forfatter.

I deres eksperiment, forskerne brugte en sky på cirka 11, 000 rubidiumatomer, som de afkølet til ekstremt lave temperaturer. Ved hjælp af laserlys, de holdt atomerne suspenderet i et vakuumkammer, hvilket tillod dem at udelukke enhver forstyrrende virkning, såsom kollisioner med luftmolekyler. Fordi kvanteeffekter kun kan påvises ved meget lave temperaturer, arbejde med ultrakølede atomer er påkrævet. Ligesom når man måler position og hastighed, disse ekstreme forhold tillader partiklernes indre tilstand, kaldes ofte spin, skal også måles. "Ved at måle centrifugeringen i den ene halvdel af skyen, vi var i stand til at forudsige spin i den anden mere præcist, end det lokale usikkerhedsprincip ville tillade, "forklarer Philipp Kunkel.

Karakteriseringen af ​​kvantemekaniske mangekropssystemer er vigtig for fremtidige applikationer såsom kvantecomputere og kvantekommunikation, blandt andre. De seneste Heidelberg forskningsresultater blev offentliggjort i Videnskab .