„Neįmanoma“ fizika: JPL mokslininkai tiria kvantinį susietumą (Video)

Dalelės gali būti taip artimai susijusios, kad netgi atskyrus jas dideliu atstumu, vienos dalelės pokytis gali paveikti kitą. Toks intymumas vadinamas susietumu.

Susietumą aprašo kvantų mechanika – fizikos šaka, nagrinėjanti dalelių veikimą subatominiu masteliu. Kvantų mechanika teigia, kad dalelių savybės šiuo neįtikėtinai mažu masteliu remiasi tikimybe.

Mokslininkai kvantų pasaulį siekė ištirti daug dešimtmečių. Albertas Einšteinas, kaip ir daugelis kitų, manė, kad turi egzistuoti kažkokie paslėpti kintamieji, kurie galėtų kvantų sistemas padaryti labiau nuspėjamomis. John Bell iškėlė idėją, jog tam, kad tokia sistema su paslėptais kintamaisiais egzistuotų, viena dalelė kitą turi paveikti be jokios delsos, iš karto.

Kaip pažymi NASA, „Nors Einšteinas įrodė, kad informacija negali greičiau už šviesos greitį, pasak Bello, dalelės viena kitą gali paveikti iš karto, netgi būdamos toli viena nuo kitos.“

Ši teorema praktiškai yra kvantų mechanikos tyrimų pagrindas, ir tik neseniai mokslininkams pavyko atlikti tinkamus eksperimentus, įrodančius Bello teiginį. Pernai trys nepriklausomi kvantų mechanikos tyrimai atitiko Bello prognozes.

Krister Shalm, Kolorado valstijoje, Boulderyje Nacionalinio standartų ir technologijų instituto (NIST) fizikas ir vieno iš trijų tyrimų pagrindinis autorius, vadina tai „eksperimentine filosofija.”

„Žmonės visada turėjo tam tikrus pasaulio sandaros lūkesčius, o atsiradus kvantų mechanikai, pasirodė, kad jis veikia kitaip.“

Siejantys ryšiai

Jų atliktame tyrime "Strong Loophole-Free Test of Local Realism” publikuotame Physical Review Letters žurnale, Shalmo komanda demonstruoja, kad Bello idėja buvo teisinga.

Francesco Marsili iš NASA Jet Propulsion Laboratory sakė, kad „bet kuriame pasaulio modelyje, kuriame yra slapti kintamieji, taip pat turi būti leidžiama susietoms dalelėms veikti vienai kitą per atstumą.“

Jų tyrimas parodė, kad susiejus du fotonus ir atskyrus 185 metrų atstumu, jie tebesielgia taip, lyg būtų viena sistema. Šis susietumo fenomenas išlieka, kai eksperimentas pakartojamas su skirtingomis susietų fotonų poromis.

Tai yra didelis proveržis, nes kvantų mechanika atveria duris spartesnėms ir saugesnėms komunikacijoms. „Dabar su erdvėlaiviais Saulės sistemoje bendraujame per Deep Space Network, koduojančia informaciją radijo signalais,” sakė Marsili.

„Naudodami optines komunikacijas, duomenų perdavimo spartą tinkle galėtume padidinti 10 – 100 kartų.“

Šis subatominių dalelių painiųjų savybių tyrimas turi ir daug svarbių praktinio pritaikymo sričių. Paties eksperimento dizainas gali būti panaudotas kriptografijoje ir informacijos apsaugai, kadangi jame buvo generuojami atsitiktiniai skaičiai; tačiau svarbiausias pritaikymas yra informacijos perdavimui. Jau vien tolimojo kosmoso optiniu tinklu perduodamos informacijos tankis ir kiekis galėtų būti padidintas keliomis dydžio eilėmis, o tai yra kritiškai svarbu, tyrinėjant ir kolonizuojant saulės sistemą.

„Informacija negali keliauti greičiau už šviesą – Einšteinas dėl to neklydo. Bet tyrinėdami optines komunikacijas, galime padidinti iš kosmoso siunčiamos informacijos apimtis,“ pažymėjo Francesco Marsili. „Tai, kad mūsų eksperimente panaudoti detektoriai turi tokį pritaikymą, sukuria stiprią sinergiją.“

Tad, keista, paslaptinga, dažnai neįvertinama subatominių objektų savybė gali būti raktas į didžiulio pasaulio už mūų Žemės lopšio ribų užkariavimą.