Fizikai nagrinėja kvantinį susietumą laike

„Man pati įdomiausia laikinio susietumo savybė yra tai, kad jis įprastai egzistuoja gamtoje. Kvantinis susietumas gali būti nagrinėjamas kaip ateities kvantinių technologijų pagrindas,“ sakė Olsonas. „Pats reikšmingiausias mūsų tyrimų rezultatas yra pritaikymo, kurį mes dar galime nagrinėti tik savo vaizduotėje, galimybė“.

Olsono ir Ralfo straipsnyje, kuris paskelbtas arXiv.org puslapyje, aprašoma, kaip laikinis kvantinis susietumas gali būti paverstas į erdvinį susietumą naudojant du detektorius.

„Iš tikrųjų detektorius, esantis tam tikrame praeities momente, gali registruoti tam tikrą informaciją, susijusią su tuo metu esančia kvantinio lauko būsena, ir perduoti šią užregistruotą informaciją į ateitį. Perduodama informacija paprastai keliauja į tolimą erdvėlaikio sritį šviesos greičiu,“ pasakė Olsonas. „Kai kitas detektorius pagauna informaciją apie lauko būseną tame pačiame erdvės taške, abu detektoriai gali palyginti ar jų registruotos būsenos yra susietos. Mes manome, kad tokios būsenos turėtų būti susietos. Šis procesas aprašo, nors ir egzotiškai atrodančią, naują idėją (laikinį lauko susietumą) ir paverčia ją į pažįstamą dalyką (standartinį susietumą, kai naudojami du detektoriai tam tikru laiko momentu)“.

Savo tyrime mokslininkai taip pat pasiūlė mintinį eksperimentą, kuriame jie naudodami laikinį susietumą, į ateitį perkelia kvantinę būseną, kaip informacijos šaltinį. Šį procesą, kaip jau minėta, jie pavadino teleportacija laike. Mintiniame eksperimente mokslininkai aprašo du kubitų (qubit) detektorius. Vienas iš detektorių yra susijęs su lauku praeityje, kitas – su lauku ateityje. Pirma, detektorius, kuris yra surištas su praeitimi, paveikia kubitą ir sukuria kubito aptikimo informaciją. Tada kubitas yra teleportuojamas į ateitį, tai yra dingsta iš tam tikro tarpinio laikotarpio. Tuomet pirmas detektorius yra patraukiamas, o su ateitimi surištas detektorius yra patalpinamas į tą pačią pirmojo detektoriaus vietą erdvėje. Tokiu būdu detektoriai yra atskirti laike, bet ne erdvėje. Po tam tikro laiko tarpo antras detektorius gauna informaciją apie kubitą iš pirmojo detektoriaus ir atkuria teleportuotą kubitą.

Fizikai pabrėžia, kad čia labai svarbi yra simetrinė laiko koreliacija, į kurią turi būti atsižvelgta norint, kad visa procedūra veiktų. Jei kubitas yra teleportuojamas laiko momentu t = 0, tai pirmasis detektorius turėjo pradėti veikti lygiai tą patį laikotarpį prieš laiko momentą t = 0, kurį veiks antrasis detektorius po šio laiko momento. Pavyzdžiui, jei t = 0 yra 12:00 ir pirmasis detektorius pradėjo veikti 11:45, tai antrasis detektorius turi pradėti savo darbą lygiai 12:15 tam, kad būtų gautas kvantinis susietumas. Mokslininkai taip pat pabrėžė, kad tarp 12:00 ir 12:15 neįmanoma atgaminti teleportuoto kubito.

Iš ankstesnio mokslininkų darbo seka, kad toks laikinis kvantinių būsenų susietumas turėtų sukurti šiluminį efektą, atsirandantį iš kvantinio vakuumo. Kvantinis vakuumas turėtų, kaip manoma, kurti keletą šiluminių efektų, tarp jų ir Hokingo (Hawking) spinduliavimą, tačiau nė vienas iki šiol nebuvo stebėtas. Laikinio susietumo kūrėjai prognozuoja, kad jų šiluminį efektą galima stebėti lengviau nei kitus, naudojant dabartines technologijas. Jei tokia laikinio susietumo procedūra būtų įgyvendinta, ji pirmą kartą suteiktų galimybę tiesiogiai stebėti kvantinį susietumą, būdingą erdvėlaikio vakuumui.

„Kvantinis susietumas yra stebimas kiekvieną dieną,“ pasakė Olsonas. „Tačiau tiesioginis vakuumo būsenos susietumo stebėjimas yra naujas dalykas. Jei tai sugebėsime padaryti, tai suteiks mums galimybę šį susietumą panaudoti kaip pagrindą kvantinėms technologijoms kurti. Kadangi kvantinės vakuumo būsenos fizikoje yra arčiausiai „nieko“ esantis dalykas (nagrinėjamos vakuumo būsenos be įprastų dalelių), tai stebėdami ir panaudodami kvantinį vakuumo būsenos susietumą, kuris būtų naudojamas kaip kvantinių technologijų pagrindas, galėtume gaminti kvantinius prietaisus iš tuščios erdvės.“