Nyt kvanteparadoks afslører modsigelse mellem udbredte overbevisninger

Kvantefysikere ved Griffith University har afsløret et nyt paradoks, der siger:når det kommer til visse langvarige overbevisninger om naturen, "noget skal give."

Kvanteteori er praktisk talt perfekt til at forudsige den adfærd, vi observerer, når vi udfører eksperimenter på små objekter som atomer. Men ved at anvende kvanteteori på skalaer meget større end atomer, især til observatører, der foretager målingerne, rejser vanskelige konceptuelle spørgsmål.

I et blad udgivet i Naturfysik , et internationalt hold ledet fra Griffith University i Australien har skærpet disse spørgsmål til et nyt paradoks.

"Paradokset betyder, at hvis kvanteteorien arbejder på at beskrive observatører, videnskabsmænd ville være nødt til at opgive en af ​​tre elskede antagelser om verden, " sagde lektor Eric Cavalcanti, en senior teoriforfatter på papiret.

"Den første antagelse er, at når der foretages en måling, det observerede resultat er et reelt, enkelt begivenhed i verden. Denne antagelse udelukker, for eksempel, ideen om, at universet kan splitte, med forskellige resultater, der observeres i forskellige parallelle universer."

"Den anden antagelse er, at eksperimentelle indstillinger frit kan vælges, giver os mulighed for at udføre randomiserede forsøg. Og den tredje antagelse er, at når et sådant frit valg er truffet, dens indflydelse kan ikke spredes ud i universet hurtigere end lyset, " han sagde.

"Hver af disse grundlæggende antagelser virker helt rimelige, og er udbredt troet. Imidlertid, det er også en udbredt opfattelse, at kvanteeksperimenter kan skaleres op til større systemer, selv til observatørers niveau. Men vi viser, at en af ​​disse udbredte overbevisninger må være forkert! At opgive nogen af ​​dem har vidtrækkende konsekvenser for vores forståelse af verden."

Holdet har etableret paradokset ved at analysere et scenarie med godt adskilte sammenfiltrede kvantepartikler kombineret med en kvante-"observatør" - et kvantesystem, som kan manipuleres og måles udefra, men som selv kan foretage målinger på en kvantepartikel.

"Baseret på de tre grundlæggende antagelser, vi har matematisk fastlagte grænser for, hvilke eksperimentelle resultater der er mulige i dette scenarie. Men kvanteteori, når det anvendes på observatører, forudsiger resultater, der overtræder disse grænser. Faktisk, vi har allerede udført et proof-of-principle-eksperiment med indfiltrede fotoner (lyspartikler), " sagde Dr. Nora Tischler, en senior eksperimentel forfatter. "Og vi fandt en krænkelse lige som kvanteteorien forudsagde."

"Men vores 'observatør' havde en meget lille hjerne, så at sige. Den har kun to hukommelsestilstande, som er realiseret som to forskellige veje for en foton. Det er derfor, vi kalder det et proof-of-principle eksperiment, ikke en endegyldig demonstration af, at en af ​​de tre grundlæggende antagelser i vores paradoks må være forkert, " hun sagde.

"For en mere definitiv implementering af paradokset, vores drømmeeksperiment er et, hvor kvanteobservatøren er et kunstig intelligensprogram på menneskeligt niveau, der kører på en massiv kvantecomputer, " sagde professor Howard Wiseman, leder af projektet og direktør for Griffith's Center for Quantum Dynamics, hvor de teoretiske og eksperimentelle teams er baseret.

"Det ville være en ret overbevisende test af, om kvanteteorien fejler for observatører, eller om en af ​​de tre grundlæggende antagelser er falsk. Men det er nok årtier væk."

Laboratoriet Center for Kvantedynamik, hvor eksperimentet blev udført, er også en del af Center for Kvanteberegnings- og Kommunikationsteknologi, et Australian Research Council Center of Excellence.

"Det har længe været erkendt, at kvantecomputere vil revolutionere vores evne til at løse hårde beregningsproblemer, " sagde professor Wiseman.

"Hvad vi ikke var klar over, før vi startede denne forskning, er, at de også kan hjælpe med at besvare svære filosofiske problemer - den fysiske verdens natur, den mentale verden, og deres forhold."