Fyzici prověřili kvantový entanglement pomocí záře hvězd  
Generátory náhodných čísel jsou pro experimenty fajn. Ale když je nahradíte náhodně zachytávanými fotony z hvězd, tak je to pro testy Bellovy nerovnosti, tedy kvantového entanglementu, ještě lepší.
Kvantovou mechaniku podpořily hvězdy. Kredit: CC0 Public Domain.
Kvantovou mechaniku podpořily hvězdy. Kredit: CC0 Public Domain.

Kvantové provázání, čili entanglement, je na první pohled spíše z říše science-fiction. Spočívá v tom, že páry nebo skupiny částic za jistých okolností tvoří systém, který má jako celek jediný kvantový stav, i když jeho součásti dělí velká vzdálenost. Pro Einsteina to bylo něco jako sci-fi horor a říkal tomu „strašidelné působení na dálku“ (anglicky spooky action at a distance). Kvantový entanglement je dodnes běžnou rekvizitou kvantové mechaniky, která se od svého vzniku musí prát o místo na Slunci, nejspíš vzhledem k tomu, že se často dostává do střetu se „selským rozumem“ a „každodenní zkušeností“.

 

Anton Zeilinger (2011). Kredit: Jaqueline Godany / Austrian Academy of Sciences.
Anton Zeilinger (2011). Kredit: Jaqueline Godany / Austrian Academy of Sciences.

Einstein a další slovutní fyzici proti kvantové mechanice prosazovali princip lokálního realismu, který v sobě kombinuje nepřekročitelnost rychlosti světla s předpokladem, že pro každé možné měření částice vždy už předem musí existovat hodnota, kterou pak odhalí měření. Lokální realismus a kvantovou mechaniku lze prověřit v testech Bellovy nerovnosti, které v roce 1964 navrhl fyzik John Stewart Bell. Takových experimentů už proběhla celá řada a fyzici v nich mnohokrát zjistili, že pozorované částice jsou skutečně kvantově entanglované. Testy Bellovy nerovnosti jsou ale velmi komplikované a obsahují problematické mezery či omezení, dané teoretickými předpoklady, kterým se říká „loopholes“, a které zpochybňují hodnověrnost výsledků testů.


Tým badatelů Massachusettského technologického institutu (MIT), Vídeňské univerzity a dalších institucí pod vedením vídeňského fyzika Antona Zeilingera se zaměřil na jednu ze známých mezer v testech Bellovy nerovnosti, která souvisí se svobodou volby experimentálního uspořádání, tedy „freedom-of-choice loophole“. A vyřešili to převratně. Tento problém spočívá v tom, že vědci sice mají svobodu volby při uspořádání experimentu, ale zároveň mohou existovat nějaké další faktory nebo skryté proměnné, které by mohly být uspořádány tak nešťastně, že výsledky Bellova testu budou vypadat příznivě pro kvantový entanglement, ale přitom to bude jen souhra náhod.

 

1935: Einstein vede mediální válku proti kvantové mechanice. Kredit: Wikimedia Commons.
1935: Einstein vede mediální válku proti kvantové mechanice. Kredit: Wikimedia Commons.

Fyzici se snaží řešit tento problém se svobodou volby prostřednictvím extrémně pečlivého uspořádání experimentů. V těchto experimentech vytvářejí pár entanglovaných fotonů z jednoho zdroje, které pak posílají do dvou různých detektorů. V detektorech měří vlastnosti dotyčných fotonů a zjišťují, zda jsou entanglované. Aby badatelé co nejvíce potlačili problém se svobodou volby, používají pro detektory generátory náhodných čísel, které rozhodnou o výběru měřených vlastností fotonů. Stále je ale ve hře nepatrná šance, že nějaké skryté proměnné nebo nekvantové jevy ovlivňují generátory náhodných čísel.

 

Strašidelné působení na dálku. Kredit: NASA / JPL.
Strašidelné působení na dálku. Kredit: NASA / JPL.

Ve snaze ještě lépe řešit problém se svobodou volby v roce 2014 Alan Kaiser, Andrew Friedman a Jason Gallicchio navrhli experiment, v němž pozemské generátory náhodných čísel nahradí kosmické generátory čísel, založené na zachycených fotonech ze vzdálených astronomických zdrojů, jako jsou hvězdy nebo kvasary. Pokud se při vzniku takových fotonů projevily nějaké skryté proměnné či jevy, tak se to stalo dávno a hodně daleko. A právě tento postup teď poprvé použili v experimentu badatelé MIT, Vídeňské univerzity, a jejich kolegové. Instalovali si zdroj entanglovaných párů fotonů na střechu univerzitní laboratoře ve Vídni a v každém kole experimentu z něj „stříleli“ fotony entanglovaného páru do opačných směrů, k detektorům na střechách několik bloků daleko.


U obou detektorů zároveň nainstalovali teleskopy vybavené extrémně rychlými detektory záření hvězd, z nichž nejbližší byla vzdálená 600 světelných let, které dovedou zachytit fotony z hvězd v časových úsecích kratších než nanosekundy. Vždy pár mikrosekund předtím, než fotony entanglovaného páru dorazily ke svým detektorům, teleskopy u detektorů bleskurychle změřily vlnovou délku právě zachyceného kosmického fotonu z hvězd a určily, jestli je vyšší anebo nižší než předem definovaná vlnová délka. Z takto získaného údaje pak detektory zjistily, kterou veličinu, konkrétně který parametr polarizace experimentálního fotonu mají změřit.


Abychom déle nenapínali, badatelé uskutečnili celkem dva tříminutové experimenty. V každém z těchto experimentů proměřili zhruba 100 tisíc párů entanglovaných fotonů. Výsledky experimentů přesvědčivě ukázaly, že fotony v entanglovaných párech jsou vysoce korelované právě takovým způsobem, který předpovídá kvantová mechanika. Vědci z vídeňských střech pozdravují Einsteina a vzkazují mu, že ve věci lokálního realismu a kvantové mechaniky byl asi vážně mimo.

Video:  Physics@FOM Veldhoven 2016, Anton Zeilinger - Quantum teleportation and entanglement


Literatura
MIT News 6. 2. 2017, Physical Review Letters 118: 06040, arXiv:1611.06985.

Autor: Stanislav Mihulka
Datum: 07.02.2017
Tisk článku

Komunikace s lidmi s postižením - Slowík Josef
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 259 Kč
cena: 230 Kč
Komunikace s lidmi s postižením
Slowík Josef
Související články:

3 000 atomů strašidelně kvantově entanglováno jediným fotonem!     Autor: Stanislav Mihulka (29.03.2015)
Kvantová mechanika opět poráží Einsteina a jeho lokální realismus     Autor: Stanislav Mihulka (28.10.2015)
Lokální realismus zemřel. Ať žijí kvantové nelokální korelace!     Autor: Pavel Brož (01.11.2015)



Diskuze:

Bell to spletl

Pavel K2,2017-02-13 20:21:43

Ona hlavně není prokázána správnost Bellovy nerovnosti, respektive přímo se dá říct, že je špatně. Pro lokální realismus totiž porovnává události v odlišných pravděpodobnostních prostorech, což je matematicky nekorektní.

Odpovědět

Petros Pd,2017-02-08 18:09:29

Na Entanglementu vlastně vůbec není nic podivného, dokazuje že vesmír není materialistický ale informační systém, že částice spolu komunikují a sdílejí informace. Dalo by se to chápat i tak že vesmír je superpočítač, taková neuronová síť tvořená částicemi.

Odpovědět


Částice sdílejí Slovo i v době postpravdivostní

Josef Hrncirik,2017-02-08 18:36:58

Odpovědět


Re:

Milan Krnic,2017-02-08 19:18:54

Anebo je možné, že je celý komplex zacyklovaný. Tj. třeba je Vesmír jedna "struna", ze které se skládají části/ce výše a výše až po Vesmír. Kdo ví.

Odpovědět


Navíc je Slovo současně úplné všude.

Josef Hrncirik,2017-02-08 19:54:26

Odpovědět


Re:

Marcel Brokát,2017-02-09 09:53:15

Přeeesněééé. Už to na tomhle světě chtělo myslitele Vašeho záběru, vždyť to tady jde od desíti k pěti!

Odpovědět

Svobodná volba

Milan Krnic,2017-02-08 11:30:55

Svobodnou volbu by vědci neurčili, pokud by předtím svobodně zajelo auto. Viz kauzalita. Svoboda volby je pouze určitý, pro něco vhodný koncept.
K tomu např.:
Pavel Krtouš - Kauzalita, determinismus a směr běhu času (MFF FDP 14.4.2016)
https://www.youtube.com/watch?v=-NSCSRu9ue4

Odpovědět


Re: Svobodná volba

Milan Krnic,2017-02-08 11:32:18

*by je

Odpovědět

Entanglement

Jandak Josef,2017-02-08 11:14:54

Entanglement má autor v hlavě, pokud neumí česky, tak ať radši nic nepíše.

Odpovědět


Re: Entanglement

Milan Krnic,2017-02-08 11:28:03

Zde nejsme na bulvárním webu. Tedy pokud máte nějakou konkrétní připomínku, adresujte jí prosím na ja@osel.cz
Děkuji

Odpovědět

generátor náhodných čísel

Petr Petr,2017-02-08 11:09:44

Použiji-li hvězdný generátor náhodných čísel (místo např. pseudonáhodného generátoru), tak to logicky nedokazuje zhola nic. Analogicky, pokud použiji takováto náhodná čísla např. pro šifrování (potřebuje i generátor náhodných čísel), tak to nedokazuje bezpečnost šifrovacího algoritmu. Je to nutná, nikoli postačující podmínka. Takže realizování experimentu s vyloučením jedné loop hole je úplně na nic (publish or perish). Musí se to vše udělat dohromady (jinak experiment či šifrování nefunguje). Prostě zase blábol a spousta lidí tomu uvěří...

Odpovědět


Re: generátor náhodných čísel

Josef Hrncirik,2017-02-08 17:41:07

O tom, že entanglované fotony mají opačnou polarizaci Einstein asi nepochyboval.
Určitě o tom nepochybuji doposud Já.
Co je na tom pokusu převratného?
Určitě by to vyšlo stejně, i kdyby Bob laškoval současně i s Ančou z Andromedy prostřednictvím entanglovačky (kuplířky) Cecilie na Proximě.
Funguje to i 14.II.

Odpovědět


Došlo k daňovému úniku? Kolikanásobnému?

Josef Hrncirik,2017-02-08 19:43:01

Odpovědět


Obr.3 je pro mě málo spooky

Josef Hrncirik,2017-02-09 21:45:56

Spooky by bylo, kdyby změnou stavu A se okamžitě měnil stav B.
Přesvědčivé by bylo, kdyby se tyto změny stavů daly libovolně přeposílat mezi A and B (nekonečnou rychlostí), ani by nepotřebovali PHOTONEXPRESS.
Z toho by přišla nelíčená hrůza i na VODAFONE.
Netvrdím však, že spooky akce neexistuje, určitě ale nemá příliš spooky důsledky.
Spooky mi spíše přijde, jak manipulací s polarizátory spooky mizí korelace měření či spíše striktní negace mezi ?spiny entanglovaných fotonů a ev. proč to dělat.
Úplně spooky by byl systém šifrování a dešifrování "veřejné a současně tajné komunikace" mezi B a A.
A to jsem jsem před rokem četl bezva článek P.B. z 1.11.2015 a myslel jsem si, že to rámcově chápu.

Odpovědět


Možná je to vysvětleno ve videu, ale nástin myšlenek by měl být již v textu.

Josef Hrncirik,2017-02-09 21:49:53

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni