(Phys.org) — Natuurkundigen hebben Bell-correlaties aangetoond in het grootste fysieke systeem tot nu toe - een ensemble van een half miljoen atomen bij een ultrakoude temperatuur van 25 µK. De aanwezigheid van Bell-correlaties geeft aan dat alle atomen niet-lokale kwantumcorrelaties met elkaar delen. Deze correlaties zouden ooit kunnen worden gebruikt in kwantuminformatiesystemen en om nieuwe tests van kwantummechanica te ontwerpen.

De onderzoekers, geleid door Mark Kasevich aan de Stanford University, hebben een artikel gepubliceerd over het grote systeem met kwantumcorrelaties van het Bell-type in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven .

"Onze resultaten illustreren de rijkdom van kwantum veel-lichaamstoestanden waarbij veel verstrengelde systemen betrokken zijn, " vertelde Kasevich Phys.org . "Er is weinig bekend aan deze grens."

Om kwantumcorrelaties voor praktische doeleinden te gebruiken, de correlaties moeten worden gemeten. Tot voor kort, de enige manier om Bell-correlaties te meten in een systeem van atomen (of andere componenten) was om de correlaties tussen alle individuele atomen te meten. Maar een paar jaar geleden, natuurkundigen hebben een nieuwe methode ontwikkeld om Bell-correlaties te meten waarvoor geen afzonderlijke componenten hoeven te worden gemeten, maar kan worden gedaan door de collectieve eigenschappen van het systeem als geheel te meten. Vorig jaar, wetenschappers gebruikten deze methode om Bell-correlaties aan te tonen in een Bose-Einstein-condensaat van ongeveer 500 atomen.

In de nieuwe studie de onderzoekers hebben dit aantal verhoogd tot een record van 500, 000 atomen. Om dit te doen, ze gebruikten een methode genaamd spinknijpen, waarin ze begonnen met het voorbereiden van alle spins van de atomen in een superpositie van op en neer toestanden. De onderzoekers verminderden (of "knijpen") vervolgens de onzekerheid van één spincomponent onder de toegestane waarde voor niet-gecorreleerde atomen, wat tegelijkertijd de onzekerheid van de geconjugeerde spincomponent vergroot om aan het onzekerheidsprincipe te voldoen. Door collectieve metingen te doen aan de spin-eigenschappen van het hele systeem, de onderzoekers toonden aan dat de spintoestanden correlaties vertonen die verder gaan dan wat door de klassieke fysica wordt verwacht.

Momenteel, het is onduidelijk hoe niet-lokale Bell-correlaties in zulke grote systemen kunnen worden gebruikt. In kleinere systemen, Bell-correlaties zijn gebruikt om willekeurige getallen te genereren, die toepassingen hebben in cryptografie. De natuurkundigen verwachten ook dat de experimentele methoden die hier worden gebruikt, kunnen worden gebruikt om de voorspellingen van de kwantumtheorie te testen.

"We hopen de kwantummechanica op nieuwe manieren te testen met ruimtelijk uitgebreide versies van de toestanden die in dit werk worden gebruikt, "Zei Kasevich. "Stel je een kwantum veel-lichaamstoestand voor die zich uitstrekt over een meter en duizenden gecorreleerde deeltjes omvat. De samengedrukte toestanden die voor dit werk worden gebruikt, hebben ook praktische toepassing in sensoren, omdat ze kunnen worden benut om sensorruis te verminderen."

© 2017 Fys.org