Kvantové merania: Zdravý rozum nestačí

Experimentálni fyzici vyvracajú nekontextové kvantové modely

Pohľad do iónovej pasce © C. Lackner
čítať nahlas

Na rozdiel od klasickej fyziky kvantová fyzika predpokladá, že vlastnosti kvantového mechanického systému závisia od kontextu merania, tj od toho, či sa na systéme vykonávajú ďalšie merania. Fyzici v Innsbrucku prvýkrát experimentálne komplexne demonštrovali, že takzvané nekontextové pokusy vysvetliť kvantové javy nie sú možné. Podávajú o tom správy v aktuálnom čísle časopisu Nature.

Kvantová mechanika popisuje fyzikálne vzťahy svetla a hmoty a formuluje niektoré myšlienky, ktoré úplne odporujú nášmu klasickému pohľadu na prírodu. Fyzici sa preto znova a znova snažili vysvetliť jav kvantovej mechaniky pomocou skrytých premenných a vylúčiť tak všadeprítomnú kvantovú teóriu náhody.

Teoretické úvahy Simona Kocha a Ernsta Speckera z roku 1967 však ukazujú, že v takýchto vysvetleniach so skrytými premennými musia byť merania kontextové. To znamená, že výsledok merania závisí od iných meraní uskutočnených súčasne. Je zaujímavé, že tu uvedené merania sú navzájom kompatibilné a navzájom sa neinterferujú.

Vedci Christian Roos a Rainer Blatt z Inštitútu kvantovej optiky a kvantovej informácie (IQOQI) Rakúskej akadémie vied a University of Innsbruck teraz potvrdili tieto úvahy a prvýkrát v experimente vylúčili nekontextové vysvetlenia kvantovej teórie. Podarilo sa im preukázať v sérii meraní na kvantovom systéme dvoch iónov, že meranie určitej vlastnosti závisí od iných meraní v systéme.

Šesť kvantových brán v rade

Experiment vykonali doktorandi Gerhard Kirchmair a Florian Zähringer, ako aj Rene Gerritsma, holandská pošta na IQOQI. Na tento účel vedci uložili dva laserom chladené vápnikové ióny do elektromagnetického lapača a potom vykonali sériu meraní iónov. „Na konštrukciu kvantového počítača sme použili techniky, ktoré sme vyvinuli. V experimente sme museli prepnúť až šesť kvantových brán v rade, “vysvetľuje Christian Roos. „Bolo to možné, pretože sme nedávno dokázali vyrobiť vysoko kvalitné kvantové brány.“ Displej

Kvantoví fyzici: Christian Roos, Florian Z hringer, Gerhard Kirchmair a Rene Gerritsma IQOQI

Až v minulom roku sa vedcom v okolí Rainer Blatt podarilo prvýkrát realizovať takmer bezchybnú kvantovú bránu s hodnotou viac ako 99 percent. S touto technologickou výhodou boli vedci po prvýkrát schopní experimentálne preukázať komplexným spôsobom, že nekontextové vysvetľujúce modely so skrytými premennými nie sú kompatibilné s experimentmi.

Výsledok je nezávislý od použitého kvantového stavu, v experimente sa testoval v desiatich rôznych stavoch. Experimentálni fyzici dokázali vylúčiť zostávajúce poruchy meracej procedúry s podporou teoretikov Otfrieda G hneho a Matthiasa Kleinmanna zo skupiny v Innsbrucku pod vedením profesora Hansa Briegela.

Nie je možné vylúčiť šancu

Už v roku 1935 položili Albert Einstein, Boris Podolsky a Nathan Rosen otázku úplnosti kvantovej mechaniky v zmysle realistickej fyzikálnej teórie, kritiky, ktorá vstúpila do dejín vedy ako paradox EPR. V polovici šesťdesiatych rokov dokázal John Bell dokázať, že kvantová teória nemôže byť skutočnou a zároveň miestnou teóriou, čo je výsledok, ktorý sa odvtedy potvrdil v pokusoch.

Výsledok varenia a slaniny vylučuje ďalšiu triedu teórií, ale presvedčivé experimentálne dôkazy boli ťažké. Vedci z Innsbrucku teraz uspeli na základe teoretického návrhu, ktorý španielsky Ad n Cabello dal jasnému experimentu. Podporili ich Rakúsky vedecký fond FWF, Európska únia a Tirolská priemyselná asociácia.

(Ústav kvantovej optiky a kvantovej informácie (IQOQI), 23.07.2009 - NPO)