"Spookachtige actie op afstand, " Einsteins samenvatting van de kwantumfysica, is een kritiek op de kwantummechanica geweest sinds het veld ontstond. Tot dusver, beschrijvingen van verstrengelde deeltjes om hun schijnbaar sneller-dan-licht reacties te verklaren, en zelfs verklaringen voor de faseverschuivingen die worden veroorzaakt door een elektromagnetisch veld in gebieden waar het nul is - het "Aharonov-Bohm" -effect - hebben deze zorgen grotendeels weggenomen. Echter, recente theoretische en experimentele demonstraties van een "contrafeitelijk" kwantumcommunicatieprotocol zijn moeilijk uit te leggen in termen van fysieke oorzaak en gevolg. In dit soort kwantumcommunicatie, waarnemers aan weerszijden van een "transmissiekanaal" wisselen informatie uit zonder dat er een deeltje tussen hen passeert - inderdaad griezelig.

Nutsvoorzieningen, Yakir Aharanov, Professor aan de Universiteit van Tel Aviv in Israël en de Chapman University in de VS, en Daniel Rohrlich, Professor aan de Ben-Gurion Universiteit van de Negev in Israël, hebben dit zogenaamde contrafeitelijke kwantumcommunicatieprotocol nader bekeken in termen van geconserveerde deeltjeseigenschappen. Hun analyse biedt een verklaring voor contrafeitelijke kwantumcommunicatie die geen beroep doet op "spookachtige actie op afstand, " maar impliceert in plaats daarvan dat het deeltje en een van zijn geconserveerde eigenschappen - modulair impulsmoment - uit elkaar gaan.

Het spookachtige kwantumprotocol

Het contrafeitelijke kwantumcommunicatieprotocol dat in 2013 werd gerapporteerd, ontstond door theoretische studies van twee waarnemers - de goede oude Alice en Bob - die via deeltjes langs een transmissiekanaal contact hielden, zoals gerapporteerd door Hatim Salih, Zheng Hong Li, Mohammad Al-Amri en Muhammad Suhail Zubairy (toen bij het National Center for Mathematics and Physics in Saoedi-Arabië en de Texas A&M University in de VS).

"Ze raakten erg geïnteresseerd in het feit dat deze massieve deeltjes, welke signalen zouden zijn, kan worden gestopt en geblokkeerd, " legt Rohrlich uit. In hun analyse, Salih en co-auteurs toonden aan dat wanneer er twee gedeeltelijk blokkerende barrières in het kanaal waren, Alice was in staat om te identificeren of Bob zijn uiteinde van het kanaal al dan niet had afgesloten met een reflecterende spiegel of het open had gelaten, ook al kon de golffunctie, zoals die zich ontwikkelde onder de gestelde omstandigheden, Bob's einde van het kanaal niet binnenkomen.

"We vonden het buitengewoon interessant - de mogelijkheid van communicatie zonder dat er iets tussen de twee mensen die met elkaar communiceren, " zegt Aharonov. "En we wilden zien of we het beter kunnen begrijpen."

Een conservatieve benadering

In feite, Aharonov heeft al een erfenis in interpretaties van schijnbaar vreemde kwantumverschijnselen, daterend uit zijn werk in 1959 om het Aharonov-Bohm-effect te verklaren, soms aangeduid als het Ehrenberg-Siday-Aharonov-Bohm-effect als erkenning van een theoretische voorspelling van het effect in 1949. Experimentele onderzoekers hadden een faseverschuiving waargenomen in geladen deeltjes in de buurt van een elektromagnetisch veld, hoewel het veld nul was in het hele gebied dat wordt ingenomen door de golffunctie van het deeltje.

"Gebruikelijk, mensen denken alleen aan de golffunctie, " zegt Aharanov, verwijzend naar algemene beschrijvingen van superpositie. "Ze denken er wiskundig over na, maar ze verbinden het niet met een geconserveerde hoeveelheid die het modulaire momentum is." Door kwantumeffecten te analyseren in termen van de uitwisseling van een geconserveerde variabele - het modulaire momentum - konden Aharonov en David Bohm het Aharonov-Bohm-effect verklaren. Nutsvoorzieningen, naast Rohrlich, hij begon dezelfde soort analyse toe te passen op het contrafeitelijke kwantumcommunicatieprotocol.

Rohrlich en Aharonov overwogen twee parallelle transmissiekanalen:een met Bobs uiteinde gesloten met een spiegel en een met open. (Dit komt ook overeen met een enkel transmissiekanaal waarbij de spiegel van Bob zich in een superpositie van open en gesloten toestanden bevindt.) Ze beschouwen dan een initiële golffunctie in een superpositie van de toestand in het open kanaal plus de toestand in het gesloten kanaal.

Het probleem ontstaat omdat, zoals Salih en co-auteurs hadden aangetoond, de golffunctie evolueert anders, afhankelijk van of het einde van Bob gesloten is of niet. Als resultaat, nadat een bepaalde tijd is verstreken, de superpositie is de toestand van het ene kanaal minus de toestand van het andere kanaal, maar dat komt overeen met een andere fase dan de initiële golffunctie. Aangezien het modulaire impulsmoment afhangt van de fase, suggereert dit dat het modulaire impulsmoment van het deeltje is veranderd, hoewel de golffunctie van het deeltje niet het deel van het kanaal kon bezetten waar Bob zijn spiegel open of gesloten heeft.

"De enige manier om uit te leggen hoe het impulsmoment veranderde, is dat een deel van het impulsmoment van het deeltje het verliet en naar de andere kant ging, " zegt Aharonov. Zoals hij en Rohrlich het uitleggen, een deel van het impulsmoment verlaat het deeltje, komt het gebied van het transmissiekanaal binnen dat de golffunctie van het deeltje niet kan, en daar, het wordt geabsorbeerd door de spiegel zodat de waarde van het modulaire impulsmoment op het deeltje wordt gewijzigd. Ze suggereren ook dat vergelijkbare resultaten zouden kunnen resulteren door rekening te houden met het spinimpulsmoment en andere geconserveerde eigenschappen.

Temperamentele eigenschappen

Aharonov en Rohrlich vergelijken het gedrag van het deeltje en zijn modulaire impulsmoment met de grijnzende Cheshire-kat in "Alice's Adventures in Wonderland, " die lijkt verder te gaan, zijn grijns achterlatend. "Hoewel het zeer verrassend is dat eigenschappen hun deeltjes kunnen verlaten, het is niet zo verwonderlijk om te zeggen dat er niets gebeurde en er een effect was, " zegt Aharanov, hun verklaring vergelijken met het idee van het deeltje met zijn eigenschappen die niets tegenkomen dat het modulaire impulsmoment kan veranderen, toch verandert die eigenschap toch.

Zoals alle nieuwe concepten, De verklaring van Aharonov en Rohrlich is niet zonder kritiek, of. Rohrlich benadrukt het punt dat naar voren is gebracht door een van de (anonieme) peer reviewers van het artikel, die niettemin een algemeen positief oordeel over het papier gaven. "Ze zeiden, humoristisch, ja we hebben één probleem vermeden, maar we hebben onszelf in een ander probleem verstrikt, " zegt Rohrlich. Toch voegt hij eraan toe:"Als je het hebt over een kat en zijn grijns, dat is heel vreemd, maar natuurlijk, dit alles moet terug vertaald worden naar elementaire deeltjes, en als een elementair deeltje zijn spin verliest omdat zijn spin ergens anders heen gaat, is dat misschien iets waar we aan kunnen wennen."

© 2020 Wetenschap X Netwerk