Во светот на квантната физика, настаните се одвиваат со неверојатни брзини. Процесите што некогаш се мислеше дека се случуваат во еден миг, како квантното заплеткување, сега се испитуваат во најмалите делови од секундата.
Тоа е како да замрзнете минлив момент за да ги откриете суптилните детали скриени на прв поглед, пишува Earth.com.
Заедно со тим на истражувачи од Кина, проф. Јоаким Бургдерфер и неговите колеги од Институтот за теоретска физика во ТУ Виена ги мерат овие минливи моменти за да разберат како всушност се случува квантното заплеткување.
Овие научници не се фокусирани на постоењето на квантно заплеткување, но сакаат да откријат како тоа започнува – како точно две честички се заплеткуваат квантно?
Разбирање на квантната испреплетеност
Користејќи напредни компјутерски симулации, тие успеаја да ѕирнат во процесите што се случуваат на аттосекунда временски размери – милијардити дел од милијардити дел од секундата.
Квантното заплеткување е чуден и фасцинантен феномен каде што две честички стануваат толку меѓусебно поврзани што споделуваат една единствена состојба.
Тоа е како да имате две магични монети кои секогаш слетуваат на иста страна – превртете ја едната, а другата мистериозно го покажува истиот резултат, дури и ако е со милји далеку.
„Можете да кажете дека честичките немаат индивидуални својства, тие имаат само заеднички својства. Од математичка гледна точка, тие цврсто припаѓаат заедно, дури и ако се на две сосема различни места“, објаснува проф. Бургдерфер.
Ова значи дека мерењето на една честичка моментално влијае на состојбата на другата, без разлика колку се оддалечени.
Во едноставни термини, заплетканите честички споделуваат врска што им овозможува веднаш да „разговараат“ едни со други. Измерете една честичка и веднаш ќе дознаете нешто за нејзиниот партнер.
Ова чудно однесување му пркоси на нашето секојдневно разбирање за тоа како функционира светот, што го прави заплеткувањето еден од највозбудливите концепти во квантната физика.
Експериментирање со ласери и електрони
Колку и да изгледа неразбирлив концептот на квантно заплеткување, веќе не е прашање на дебата дали е вистина или не, и тоа не е она за што се работи во оваа студија.
„Ние, од друга страна, сме заинтересирани за нешто друго – да откриеме како се развива ова заплеткување на прво место и кои физички ефекти играат улога на исклучително кратки временски размери“, вели проф. Ива Брежинова, една од авторите на публикацијата.
За да го истражи ова, тимот погледна атоми погодени од екстремно интензивен и високофреквентен ласерски пулс. Замислете како свети фенерче со супермоќ на атом.
Еден електрон толку се возбудува што се ослободува и одлетува. Ако ласерот е доволно силен, вториот електрон во атомот исто така добива потрес, преместувајќи се на повисоко енергетско ниво и менувајќи ја својата орбита околу јадрото.
Значи, по оваа интензивна експлозија на светлина, еден електрон е исклучен сам, а друг останува зад себе, но не сосема ист како порано.
„Можеме да покажеме дека овие два електрони сега се квантно заплеткани. Можете да ги анализирате само заедно – и можете да извршите мерење на еден од електроните и да научите нешто за другиот електрон во исто време“, вели проф. Бургдерфер.
Кога времето станува нејасно
Еве каде работите стануваат навистина интригантни. Електронот што одлета нема дефинитивен момент кога го напуштил атомот.
„Ова значи дека времето на раѓање на електронот што одлета во принцип не е познато. Може да се каже дека самиот електрон не знае кога го напуштил атомот“, забележува проф. Бургдерфер.
Тој е во она што се нарекува квантна суперпозиција, што значи дека постои во повеќе состојби одеднаш.
Но, има повеќе. Времето кога електронот заминува е поврзано со енергетската состојба на електронот што останува зад себе.
Ако преостанатиот електрон има поголема енергија, електронот што заминува најверојатно заминал порано. Ако е во пониска енергетска состојба, електронот веројатно заминал подоцна – во просек околу 232 аттосекунди подоцна.
Мерење на немерливото
Атосекундата е толку кратка што е надвор од способноста за повеќето луѓе да ја разберат. Сепак, овие мали разлики не се само теоретски.
„Овие разлики не само што може да се пресметаат, туку може и да се мерат во експериментот“, вели проф. Бургдерфер.
Тимот смислил протокол за мерење кој комбинира два различни ласерски зраци за да го долови овој неостварлив тајминг.
Тие веќе соработуваат со други истражувачи кои сакаат да ги тестираат и набљудуваат овие ултрабрзи заплетки во лабораторијата.
Зошто е важно квантното заплеткување?
Разбирањето како формите на заплеткување може да имаат големи импликации за квантните технологии како криптографијата и компјутерите.
Наместо само да се обидуваат да ја задржат заплетканоста, научниците сега можат да го проучат самиот нејзин почеток. Ова може да доведе до нови начини за контролирање на квантните системи и подобрување на безбедноста на квантните комуникации.
Патувањето не запира тука. Проф. Бургдерфер и неговиот тим се возбудени за следните чекори.
„Веќе сме во разговори со истражувачки тимови кои сакаат да докажат такви ултрабрзи заплеткувања“, споделува тој.
Истражувајќи ги овие ултракратки временски скали, тие не само што ги набљудуваат квантните ефекти – тие редефинираат како ние ја разбираме самата структура на реалноста.
Квантна испреплетеност и иднината
Јасно е дека во квантниот свет, дури и најкратките моменти содржат многу информации.
„Електронот не само што скока од атомот. Тоа е бран што се излева од атомот, така да се каже – и за тоа е потребно одредено време. Токму во оваа фаза се случува заплеткувањето, чиј ефект подоцна може прецизно да се измери со набљудување на двата електрони“, објаснува Ива Брезинова.
Затоа, следниот пат кога ќе трепнете, запомнете дека за помалку од трилионити дел од тоа време, се одвиваат цели квантни настани, откривајќи тајни кои би можеле да ја променат иднината на технологијата и нашето разбирање за универзумот.
Целосната студија е објавена во списанието Physical Review Letters.
Подготви: Ј. Ѓ.
