Kwantumfysici van de Griffith University hebben een nieuwe paradox onthuld die zegt:als het gaat om bepaalde lang gekoesterde overtuigingen over de natuur, "iets moet geven."

De kwantumtheorie is praktisch perfect in het voorspellen van het gedrag dat we waarnemen wanneer we experimenten uitvoeren op kleine objecten zoals atomen. Maar kwantumtheorie toepassen op schalen die veel groter zijn dan atomen, in het bijzonder voor waarnemers die de metingen verrichten, roept moeilijke conceptuele problemen op.

In een paper gepubliceerd in Natuurfysica , een internationaal team onder leiding van de Griffith University in Australië heeft die problemen aangescherpt tot een nieuwe paradox.

"De paradox betekent dat als de kwantumtheorie werkt om waarnemers te beschrijven, wetenschappers zouden een van de drie gekoesterde veronderstellingen over de wereld moeten opgeven, " zei universitair hoofddocent Eric Cavalcanti, een senior theorie auteur op het papier.

"De eerste veronderstelling is dat wanneer een meting wordt gedaan, de waargenomen uitkomst is een reële, enkele gebeurtenis ter wereld. Deze veronderstelling sluit uit, bijvoorbeeld, het idee dat het universum kan splijten, met verschillende uitkomsten die worden waargenomen in verschillende parallelle universums."

"De tweede veronderstelling is dat experimentele instellingen vrij kunnen worden gekozen, waardoor we gerandomiseerde onderzoeken kunnen uitvoeren. En de derde veronderstelling is dat als zo'n vrije keuze eenmaal is gemaakt, zijn invloed kan zich niet sneller dan het licht in het heelal verspreiden, " hij zei.

"Elk van deze fundamentele veronderstellingen lijkt volkomen redelijk, en wordt algemeen aangenomen. Echter, er wordt ook algemeen aangenomen dat kwantumexperimenten kunnen worden opgeschaald naar grotere systemen, zelfs op het niveau van waarnemers. Maar we laten zien dat een van deze wijdverbreide overtuigingen fout moet zijn! Het opgeven van een van hen heeft verstrekkende gevolgen voor ons begrip van de wereld."

Het team heeft de paradox vastgesteld door een scenario te analyseren met goed gescheiden verstrengelde kwantumdeeltjes in combinatie met een kwantum-"waarnemer" - een kwantumsysteem dat van buitenaf kan worden gemanipuleerd en gemeten. maar die zelf metingen kan doen aan een kwantumdeeltje.

"Gebaseerd op de drie fundamentele veronderstellingen, we hebben wiskundig bepaalde limieten vastgesteld voor de experimentele resultaten die in dit scenario mogelijk zijn. Maar de kwantumtheorie, wanneer toegepast op waarnemers, voorspelt resultaten die deze grenzen overschrijden. In feite, we hebben al een proof-of-principle-experiment uitgevoerd met verstrengelde fotonen (lichtdeeltjes), " zei dr. Nora Tischler, een senior experimenteel auteur. "En we hebben een overtreding gevonden, precies zoals de kwantumtheorie voorspelde."

"Maar onze 'waarnemer' had een heel klein brein, bij wijze van spreken. Het heeft slechts twee geheugenstatussen, die worden gerealiseerd als twee verschillende paden voor een foton. Daarom noemen we het een proof-of-principle-experiment, geen afdoende bewijs dat een van de drie fundamentele veronderstellingen in onze paradox fout moet zijn, " ze zei.

"Voor een meer definitieve implementatie van de paradox, ons droomexperiment is er een waarbij de kwantumwaarnemer een kunstmatige intelligentieprogramma op menselijk niveau is dat draait op een enorme kwantumcomputer, " zei professor Howard Wiseman, de leider van het project en directeur van Griffith's Center for Quantum Dynamics, waar de theoretische en experimentele teams zijn gevestigd.

"Dat zou een behoorlijk overtuigende test zijn of de kwantumtheorie faalt voor waarnemers, of een van de drie fundamentele veronderstellingen onjuist is. Maar dat is waarschijnlijk nog tientallen jaren verwijderd."

Het laboratorium van het Centre for Quantum Dynamics waarin het experiment werd uitgevoerd, maakt ook deel uit van het Centre for Quantum Computation and Communication Technology, een Australian Research Council Centre of Excellence.

"Het is al lang bekend dat kwantumcomputers een revolutie teweeg zullen brengen in ons vermogen om moeilijke rekenproblemen op te lossen, ' zei professor Wiseman.

"Wat we ons pas realiseerden toen we met dit onderzoek begonnen, is dat ze ook kunnen helpen bij het oplossen van moeilijke filosofische problemen - de aard van de fysieke wereld, de mentale wereld, en hun relatie."