Het fenomeen van kwantum non-lokaliteit tart onze dagelijkse intuïtie. Het toont de sterke correlaties tussen verschillende kwantumdeeltjes waarvan sommige hun toestand onmiddellijk veranderen wanneer de andere worden gemeten, ongeacht de afstand ertussen. Hoewel dit fenomeen is bevestigd voor langzaam bewegende deeltjes, er is gedebatteerd of niet-lokaliteit behouden blijft wanneer deeltjes zeer snel bewegen met snelheden die dicht bij de lichtsnelheid liggen, en nog meer wanneer die snelheden kwantummechanisch onbepaald zijn. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Universiteit van Wenen, de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen en het Perimeter Instituut rapporteren in het laatste nummer van Fysieke beoordelingsbrieven dat non-lokaliteit een universele eigenschap van de wereld is, ongeacht hoe en met welke snelheid kwantumdeeltjes bewegen.

Het is gemakkelijk te illustreren hoe correlaties in het dagelijks leven kunnen ontstaan. Stel je voor dat je elke dag van de maand twee van je vrienden stuurt, Alice en Bob, een speelgoedmotor van een set van twee voor hun verzameling. Je kunt elk van de motoren kiezen om rood of blauw of elektrisch of stoom te zijn. Je vrienden zijn op grote afstand van elkaar gescheiden en weten niets van je keuze. Zodra hun pakketten aankomen, ze kunnen de kleur van hun motor controleren met een apparaat dat onderscheid kan maken tussen rood en blauw of met een ander apparaat controleren of de motor elektrisch of stoom is. Ze vergelijken de metingen die in de loop van de tijd zijn gedaan om bepaalde correlaties te zoeken. In onze dagelijkse wereld, zulke correlaties gehoorzamen aan twee principes:'realisme' en 'lokaliteit'. "Realisme" betekent dat Alice en Bob alleen onthullen welke kleur of het mechanisme van de motor die je in het verleden had gekozen, en "lokaliteit" betekent dat de meting van Alice de kleur of het mechanisme van Bob's motor niet kan veranderen (of vice versa). Stelling van Bell, gepubliceerd in 1964 en door sommigen beschouwd als een van de meest diepgaande ontdekkingen in de fundamenten van de natuurkunde, toonde aan dat correlaties in de kwantumwereld onverenigbaar zijn met de twee principes - een fenomeen dat bekend staat als kwantum niet-lokaliteit.

Quantum non-lokaliteit is bevestigd in tal van experimenten, de zogenaamde Bell-tests, op atomen, ionen en elektronen. Het heeft niet alleen diepe filosofische implicaties, maar ondersteunt ook veel van de toepassingen zoals kwantumberekening en kwantumsatellietcommunicatie. Echter, in al deze experimenten, de deeltjes waren ofwel in rust of bewogen met lage snelheden (wetenschappers noemen dit regime "niet-relativistisch"). Een van de onopgeloste problemen op dit gebied, die natuurkundigen nog steeds voor raadsels stellen, is of non-lokaliteit behouden blijft wanneer deeltjes extreem snel bewegen, dicht bij de lichtsnelheid (d.w.z. in het relativistische regime), of wanneer ze niet eens met een welbepaalde snelheid bewegen.

Voor twee kwantumdeeltjes in een Bell's test, die met hoge snelheden bewegen, onderzoekers voorspellen dat de correlaties tussen de deeltjes, in principe, verminderd. Echter, als Alice en Bob hun metingen aanpassen op een manier die afhangt van de snelheid van de deeltjes, zijn de correlaties tussen de resultaten van hun metingen nog steeds niet-lokaal. Nutsvoorzieningen, stel je voor dat de deeltjes niet alleen heel snel bewegen, maar hun snelheid is ook onbepaald:elk deeltje beweegt tegelijkertijd in een zogenaamde superpositie van verschillende snelheden, net zoals de beruchte Schrödinger's kat tegelijkertijd dood en levend is. In zo'n geval, is hun beschrijving van de wereld nog steeds niet-lokaal?

onderzoekers, geleid door Časlav Brukner aan de Universiteit van Wenen en de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen, hebben aangetoond dat Alice en Bob inderdaad een experiment kunnen ontwerpen dat zou bewijzen dat de wereld niet-lokaal is. Voor deze, ze gebruikten een van de meest fundamentele principes van de natuurkunde, namelijk dat fysieke verschijnselen niet afhankelijk zijn van het referentiekader van waaruit we ze waarnemen. Bijvoorbeeld, volgens dit principe, elke waarnemer, al dan niet verhuizen, zal zien dat een appel die van een boom valt, de grond zal raken. De onderzoekers gingen nog een stap verder en breidden dit principe uit naar referentieframes die "vastzitten" aan kwantumdeeltjes. Dit worden "kwantumreferentieframes" genoemd. Het belangrijkste inzicht is dat als Alice en Bob konden bewegen met de kwantumreferentieframes samen met hun respectievelijke deeltjes, ze konden de gebruikelijke Bell-test uitvoeren, omdat voor hen de deeltjes in rust zouden zijn. Op deze manier, ze kunnen kwantum niet-lokaliteit bewijzen voor elk kwantumdeeltje, ongeacht of de snelheid onbepaald is of dicht bij die van het licht.

Flaminia Giacomini, een van de auteurs van het onderzoek, zegt, "Ons resultaat bewijst dat het mogelijk is om een ​​Bell-experiment te ontwerpen voor deeltjes die met zeer hoge snelheden in een kwantumsuperpositie bewegen." De co-auteur, Lucas Streiter, concludeert, "We hebben laten zien dat niet-lokaliteit een universele eigenschap van onze wereld is." Hun ontdekking zal naar verwachting toepassingen in kwantumtechnologieën openen, zoals kwantumsatellietcommunicatie en kwantumberekening, met behulp van relativistische deeltjes.