Квантово сдвояване и загадките на квантовата теория

A+ A-
2382 прегледа 0 Коментара
Гласували: 4, рейтинг: 5
Един студент става прочут със своите експерименти, подлагайки на съмнение работата на самия Айнщайн. Смелчагата Ален Аспе е бил готов да съсипе кариерата си, ако не се окаже прав, но тридесет и няколко годишният изследовател решава да се запише в историята, независимо от резултатите.

През 1982 година той се натъква на нещо наистина грандиозно. Заедно с колегите си открива същинско доказателство за интересното явление – квантово сдвояване. И до днес мнозина се затрудняват да анализират значението му, но частиците въпреки това се свързват по необясним начин, без да има значение на какво разстояние са едни от други.

Почти като в научно-фантастичен филм можем да станем свидетели на това, как упражнявайки въздействие само върху една от частиците, нейните партньори реагират като засегнати на момента, дори и да са далеч. Приложението на този феномен определено е обещаващо. Могат да бъдат създадени изключително бързи компютри, а може и да се овладее телепортацията чрез изпращане на обектите в Космоса с лъч.

квантово сдвояване

Удивителното откритие има своето първично начало още през 1924 година, когато френският аристократ Луи дьо Бройл разказва, че светлината, която е приемана за вълна, често има поведение все едно е съставена от комплекти фотони, наподобяващи частици. Той стига до логичния извод, че електроните могат да се държат като вълни. Три години по-късно дръзкото му предположение е потвърдено с конкретен опит.

Задълбалите в теорията решават да тестват вълните от материя. Австрийският учен Ервин Шрьодингер създава уравнение, с което описва как се държат вълните, с което става ясно, че те не са обикновени физични вълни. Ето защо им дава абстрактното наименование „вълнови функции“.

уравнение на Шрьодингер

От уравнението се разбира, че всъщност частиците не са в константно състояние, а преминават през всички възможни състояния по едно и също време. Този процес спира, когато бъдат вкарани в някакви рамки в лабораторни условия. Смятало се, че заключението от уравнението на Шрьодингер, се отнасяло само до квантовия свят, но през 1935 година той разбива представите окончателно и дава своя значим принос към физиката.

Мисловният експеримент представлява кутия, в която е затворен радиоактивен атом, а вероятността той да се разпадне до час е 50:50. Квантовата теория гласи именно това – след толкова време той ще пребивава в такова смесено състояние, като едновременно ще се е разпаднал и няма да се е разпаднал.
котката на Шрьодингер

Ако в допълнение си представим, че в кутията има и котка, както и механизъм, отделящ отрова, когато засече радиоактивност, то се очаква резултатите след час да бъдат озадачаващи. Котката е едновременно жива и мъртва, докато смесицата от състояния не бъде накарана да премине в едно определено състояние.

Шрьодингер измисля термин, за може да опише ситуациите, в които законите на квантовата теория реализират близка връзка между два обекта. Нарича го „сдвояване“. Той нанася нов удар на тези, включително и на Айнщайн, които считат, че квантовата теория ще предостави ясен и разумен модел на реалността.

Десет години преди това немският физик Вернер Хайзенберг показва, че квантовата теория не ни дава възможност да знаем с точност всички свойства на субатомните системи. Самото им наблюдение ги кара да се изменят по особено непредсказуем начин.

Според неговия „принцип на неопределеност“, колкото по-точно сме определили дадена характеристика, толкова по-точна е друга такава. Например, ако знаем каква е позицията, ние правилно ще изчислим скоростта.

Айнщайн твърди, че на квантовата теория й липсва жизнен градивен елемент, който да я направи точна и ясно дефинирана. През 1935 г. заедно с Борис Подолски и Натан Розен той се опитва да докаже твърдението си чрез експеримента „


href="https://bg.wikipedia.org/wiki/Парадокс_на_Айнщайн-Подолски-Розен" target="_blank">АПР
“, кръстен на тримата му създатели.

Трябва да си представим, че една молекула се разпада на две части, които са напълно идентични. Те тръгват в две противоположни посоки, но нямат ясни свойства, докато не се превърнат в обект на наблюдение, както предполага теорията. Ако искаме да установим позицията на едната, започваме да я следим, а този шок за нея, я кара да получи определени свойства.

Айнщайн е осенен от идеята, че ако веднъж определим позицията на първата частица, могат да се използват Нютоновите закони, за да се установим позицията на другата частица, без да е нужно тя да бъде подложена на наблюдение. Вероятно обаче първата частица по някакъв начин дава сигнал на другата, че трябва да премине в дадено състояние.

законите на Нютон

Айнщайн казва, че според теорията за относителността, не съществува сигнал, който да се движи по-бързо от светлината, следователно частиците не биха могли да си комуникират помежду си. Те сигурно имат точно определени свойства, но защитниците на квантовата теория не са съгласни с него и се нахвърлят върху твърдението му, макар и без сериозни доводи. Десет години след смъртта на Айнщайн спорът все пак е разрешен.

През 1964 г. ирландският специалист Джон Бел посочва, че ако частиците имат постоянни свойства, то би трябвало да има някакъв лимит за това колко подобни могат да бъдат двойките частици. А той следва да бъде поставен от скоростта на светлината. Бел прави демонстрация и заявява, че ако Айнщайн е бил прав, то връзката между свойствата на частиците никога не може да надмине определено ниво, или това е така нареченото „неравенство на Бел“.

Ален Аспе и колегите му във Франция най-накрая успяват да извършат експеримента АПР, използвайки сдвоени фотони светлина. Те отхвърлят като невалидно неравенството на Бел и за тяхна изненада дори фотони на голямо разстояние един от друг имат свой начин на комуникация.

Щом неравенството на Бел не важи, то поне едно от неговите предположения, както и и едно от предположенията на Айнщайн, трябва да е погрешно. Частиците наистина имат способността да останат сдвоени, а характеристиките им са свързани и в по-големи мащаби от този на субатомния свят.

Внушителното значение на квантовото сдвояване не е оценено веднага, трябва да мине известно време, за да могат учените да осъзнаят за какво става дума.

Дейвид Доч е един от първите, които се стараят да му намерят приложение. През 1985 г. той вкарва сдвоените частици в изобретяването на „квантов компютър“, имащ потенциала да решава задачи далеч по-бързо от всички съществуващи машини. Квантовият компютър употребява „кюбити“ вместо битове, а всеки кюбит може да бъде в повече от едно състояние. Компаниите вече проявяват интерес към производството на тези съвременни „мозъци“ – бъдещето е пред тях.

Някои продължават да са скептични, тъй като Шрьодингер не намира начин да обясни защо не наблюдаваме в ежедневието си сдвояването. Отговорът вероятно се крие в явлението, което носи името „декохеренция“. При него смесените състояния, предсказани от квантовата теория, изчезват при контакт с околната среда.                  

Котката на Шрьодингер винаги е или жива, или мъртва, понеже сдвояването й с радиоактивните атоми е разрушено от декохеренцията, която се дължи на взаимодействие със заобикалящата я среда. Как да се контролира тя, е огромно предизвикателство за тези, които искат да създадат пълноценен квантов компютър, защото целта е да се поддържа сдвояване между кюбитите.

Един ден може би ще се телепортират и хора, но засега опитите в тази посока се провалят, тъй като самият процес на сдвояване е нестабилен.

На практика най-великото завещание на Айнщайн може да се окаже неуспешният му опит да докаже, че квантовата теория греши.
Сподели
За автора
Epis

Информацията, която търсите...

Свързани публикации
Коментари