Er ikke -lokalitet iboende i alle identiske partikler i universet?

Hvad er interaktion, og hvornår sker det? Intuition antyder, at den nødvendige betingelse for interaktionen mellem uafhængigt skabte partikler er deres direkte berøring eller kontakt gennem fysiske kraftbærere. I kvantemekanik, resultatet af interaktionen er sammenfiltring-udseendet af ikke-klassiske korrelationer i systemet. Det ser ud til, at kvanteteorien tillader sammenfiltring af uafhængige partikler uden kontakt. Den grundlæggende identitet af partikler af samme slags er ansvarlig for dette fænomen.

Kvantemekanik er i øjeblikket den bedste og mest præcise teori, der bruges af fysikere til at beskrive verden omkring os. Dens karakteristiske træk, imidlertid, er kvantemekanikkens abstrakte matematiske sprog, notorisk fører til alvorlige fortolkningsproblemer. Den virkelighedsopfattelse, der foreslås af denne teori, er stadig genstand for videnskabelig tvist, der, over tid, bliver kun varmere og mere interessant. Ny forskningsmotivation og spændende spørgsmål frembringes af et nyt perspektiv som følge af kvanteinformationens synspunkt og de enorme fremskridt inden for eksperimentelle teknikker. Disse tillader verifikation af konklusionerne fra subtile tankeeksperimenter, der er direkte relateret til fortolkningsproblemet. I øvrigt, forskere gør nu enorme fremskridt inden for kvantekommunikation og kvantecomputerteknologi, som væsentligt trækker på ikke-klassiske ressourcer, der tilbydes af kvantemekanik.

Pawel Blasiak fra Institute of Nuclear Physics of the Polish Academy of Sciences i Krakow og Marcin Markiewicz fra University of Gdansk fokuserer på at analysere almindeligt accepterede paradigmer og teoretiske begreber vedrørende grundlæggende og fortolkning af kvantemekanik. Forskerne forsøger at afgøre, i hvilket omfang de intuitioner, der bruges til at beskrive kvantemekaniske processer, er berettigede i et realistisk syn på verden. Til dette formål, de forsøger at præcisere specifikke teoretiske ideer, fungerer ofte i form af vage intuitioner, ved hjælp af matematiksproget. Denne fremgangsmåde resulterer ofte i inspirerende paradokser. Selvfølgelig, jo mere grundlæggende det koncept, som et givet paradoks vedrører, des bedre, fordi det åbner nye døre til en dybere forståelse af et givet problem.

I denne ånd, begge forskere overvejede det grundlæggende spørgsmål:Hvad er interaktion, og hvornår sker det? I kvantemekanik, resultatet af interaktion er sammenfiltring, hvilket er udseendet af ikke-klassiske korrelationer i systemet. Forestil dig to partikler skabt uafhængigt i fjerne galakser. Det ser ud til, at en nødvendig betingelse for opståen af ​​sammenfiltring er kravet om, at på et tidspunkt i deres udvikling, partiklerne rører hinanden, eller i det mindste at indirekte kontakt bør finde sted gennem en anden partikel eller et fysisk felt for at formidle interaktionen. Hvordan kan de ellers etablere den mystiske binding af kvanteindvikling? Paradoksalt nok, imidlertid, det viser sig, at dette er muligt. Kvantemekanik tillader indvikling uden behov for kontakt, endda indirekte.

For at retfærdiggøre en sådan overraskende konklusion kræver en ordning, hvor partiklerne viser ikke-lokale korrelationer på afstand (i et eksperiment af Bell-type). Subtiliteten ved denne tilgang er at udelukke muligheden for en interaktion forstået som en form for kontakt undervejs. En sådan ordning bør også være økonomisk, så det må udelukke tilstedeværelsen af ​​kraftbærere, der kunne formidle denne interaktion, herunder et fysisk felt eller mellemliggende partikler. Blasiak og Markiewicz viste, hvordan dette kan gøres ved at tage udgangspunkt i de oprindelige betragtninger fra Yurke og Stoler, som de genfortolker som en permutation af stier, som partiklerne krydser fra forskellige kilder. Dette nye perspektiv gør det muligt at generere enhver sammenfiltret tilstand af to og tre partikler, undgå enhver kontakt. Den foreslåede fremgangsmåde kan let udvides til flere partikler.

Hvordan er det muligt at sammenfange uafhængige partikler på afstand uden deres interaktion? Et tip antydes af kvantemekanikken selv, hvor identiteten - den grundlæggende umulighed for alle partikler af samme slags - postuleres. Det betyder, for eksempel, at alle fotoner (såvel som andre familier af elementarpartikler) i hele universet er de samme, uanset deres afstand. Fra et formelt perspektiv, dette bunder i symmetrisering af bølgefunktionen for bosoner eller dens antisymmetrization for fermioner.

Virkninger af partikelidentitet er normalt forbundet med, at deres statistik har konsekvenser for en beskrivelse af interaktive flerpartikelsystemer (såsom Bose-Einstein-kondensater eller solid-state band-teori). I tilfælde af enklere systemer, det direkte resultat af partikelidentitet er Pauli -udelukkelsesprincippet for fermioner eller bundtning i kvanteoptik for bosoner. Det fælles træk ved alle disse effekter er kontakt mellem partikler på et tidspunkt i rummet, som følger den enkle intuition af interaktion (f.eks. i partikelteori, dette kommer ned til interaktionskanter). Deraf troen på, at konsekvenserne af symmetrisering kun kan observeres på denne måde. Imidlertid, interaktion forårsager i sagens natur sammenfiltring. Derfor, det er uklart, hvad der forårsager de observerede virkninger og ikke-klassiske korrelationer:Er det en interaktion i sig selv, eller er det iboende skelnen mellem partikler? Den ordning, som forskerne foreslår, omgår denne vanskelighed, eliminere interaktion, der kan opstå ved enhver kontakt. Derfor, konklusionen om, at ikke-klassiske korrelationer er en direkte konsekvens af postulatet om partikelidentitet. Det følger heraf, at der findes en måde til rent at aktivere forvikling fra deres fundamentale skelnen.

Denne visning, ud fra spørgsmål om det grundlæggende i kvantemekanik, kan praktisk talt anvendes til at generere sammenfiltrede tilstande til kvanteteknologier. Artiklen viser, hvordan du opretter en sammenfiltret tilstand på to og tre qubits, og disse ideer er allerede implementeret eksperimentelt. Det ser ud til, at de overvejede ordninger med succes kan udvides til at skabe enhver sammenfiltrede mangepartikelstater. Som led i yderligere forskning, forskerne har til hensigt at analysere detaljeret postulatet af identiske partikler, både ud fra teoretisk fortolkning og praktiske anvendelsesmuligheder.

Overraskende, postulatet om partikels uforskellelighed er ikke kun en formel matematisk procedure, men i sin rene form, fører til de konsekvenser, der observeres i laboratorier. Er ikke -lokalitet iboende i alle identiske partikler i universet? Fotonen, der udsendes af skærmen og foton fra den fjerne galakse i universets dybder, ser ud til kun at være indviklet af deres identiske natur. Dette er et stort mysterium, som videnskaben snart vil konfrontere.