Kvantemålinger: Sund fornuft er ikke nok

Eksperimentelle fysikere tilbageviser ikke-kontekstuelle kvantemodeller

Udsigt til en ionfælde © C. Lackner
læst op

I modsætning til klassisk fysik antager kvantefysik, at egenskaberne for et kvantemekanisk systems afhænger af målekonteksten, dvs. om andre målinger foretages på systemet. For første gang har fysikere i Innsbruck demonstreret eksperimentelt, at såkaldte ikke-kontekstuelle forsøg på at forklare kvantefænomener ikke er mulige. De rapporterer om det i den aktuelle udgave af tidsskriftet Nature.

Kvantemekanik beskriver de fysiske forhold mellem lys og stof, og formulerer nogle ideer, der helt modsiger vores klassiske syn på naturen. Igen og igen har fysikere derfor forsøgt at forklare fænomenerne i kvantemekanik ved hjælp af skjulte variabler og således udelukke det allestedsnærværende i kvanteteori om tilfældighed.

En teoretisk betragtning fra Simon Koch og Ernst Specker fra 1967 viser imidlertid, at målingerne i sådanne forklaringer med skjulte variabler skal være kontekstuelle. Dette betyder, at resultatet af en måling afhænger af andre målinger, der foretages samtidigt. Interessant nok er målingerne her kompatible med hinanden og forstyrrer ikke hinanden.

Nu har forskerne ledet af Christian Roos og Rainer Blatt fra Institute of Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) fra det østrigske videnskabsakademi og University of Innsbruck bekræftet disse overvejelser og udelukket for første gang i eksperimentet ikke-kontekstuelle forklaringer af kvante teori. Det lykkedes dem i en række målinger på et kvantesystem på to ioner at demonstrere, at målingen af ​​en bestemt egenskab er afhængig af andre målinger på systemet.

Seks kvanteporte i træk

Eksperimentet blev udført af doktorander Gerhard Kirchmair og Florian Zähringer samt Rene Gerritsma, en hollandsk postdoc ved IQOQI. Til dette formål lagrede forskerne to laserafkølede calciumioner i en elektromagnetisk fælde og udførte derefter en række målinger på ionerne. ”Vi brugte teknikker, som vi udviklede til konstruktion af kvantecomputeren. I eksperimentet måtte vi skifte op til seks kvanteporte i træk, ”forklarer Christian Roos. "Det var muligt, fordi vi for nylig har været i stand til at producere kvanteporte af høj kvalitet." Display

Kvantefysikerne: Christian Roos, Florian Z hringer, Gerhard Kirchmair og Rene Gerritsma IQOQI

Kun sidste år lykkedes det forskerne omkring Rainer Blatt at realisere en næsten fejlfri kvanteport for første gang med en værdi på over 99 procent. Med denne teknologiske fordel var forskerne nu for første gang i stand til at demonstrere omfattende ved eksperimentelle midler, at ikke-kontekstuelle forklaringsmodeller med skjulte variabler ikke er kompatible med eksperimenterne.

Resultatet er uafhængigt af den anvendte kvantetilstand, i eksperimentet blev det testet i ti forskellige tilstande. De eksperimentelle fysikere var i stand til at udelukke de resterende forstyrrelser i måleproceduren med støtte fra teoretikerne Otfried G ne og Matthias Kleinmann fra Innsbruck-gruppen ledet af professor Hans Briegel.

Chance kan ikke udelukkes

Allerede i 1935 stillede Albert Einstein, Boris Podolsky og Nathan Rosen spørgsmålet om kvantemekanikkens fuldstændighed i betydningen en realistisk fysisk teori, en kritik, der kom ind i videnskabshistorien som et EPR-paradoks. I midten af ​​1960'erne kunne John Bell vise, at kvanteteori ikke kan være en reel og samtidig lokal teori, et resultat, der siden er blevet bekræftet i eksperimenter.

Resultatet af madlavning og bacon udelukker en anden klasse af teorier, men overbevisende eksperimentelle beviser har været vanskelige. Innsbruck-forskerne er nu lykkedes på baggrund af et teoretisk forslag fra den spanske Ad n Cabello et klart eksperiment. De blev støttet af den østrigske videnskabsfond FWF, Den Europæiske Union og Tyrolean Industrialists Association.

(Institute of Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI), 23.07.2009 - NPO)