Een team van wetenschappers van de Universiteit van Ottawa biedt inzichten in de mysteries van kwantumverstrengeling. Hun recente onderzoek, getiteld "Extending the bekende regio van niet-lokale dozen die de complexiteit van de communicatie instorten", gepubliceerd in Physical Review Letters (PRL) onthult dat verschillende theoretische uitbreidingen van de kwantumtheorie als niet-fysiek worden beschouwd wanneer ze worden getest aan de hand van het principe van niet-triviale communicatiecomplexiteit.

Deze uitbreidingen van de kwantumtheorie kunnen worden gesymboliseerd door een reeks niet-lokale kaders, dit zijn theoretische apparaten die worden gebruikt om bepaalde aspecten van kwantumverstrengeling en niet-lokaliteit te illustreren.

Het onderzoek werd uitgevoerd door Anne Broadbent, hoogleraar en onderzoeksvoorzitter aan de afdeling Wiskunde en Statistiek van de Universiteit van Ottawa, samen met Pierre Botteron, een Ph.D. kandidaat van de Universiteit van Toulouse, Frankrijk, die ook gastonderzoeker is aan de Universiteit van Ottawa, en Marc-Olivier Proulx, een MSc-alumnus van de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Ottawa.

De principes van de kwantummechanica zijn van oudsher het raamwerk bij uitstek voor het begrijpen van deeltjesgedrag en kwantumverstrengeling. Tsirelson's bound (een concept uit de kwantumfysica dat zich bezighoudt met correlaties tussen verre deeltjes) en de opgelegde beperkingen ervan hebben wetenschappers er echter toe gebracht zich af te vragen of een bredere theorie mogelijk is.

Dit heeft aanleiding gegeven tot niet-lokale kaders, die theoretische uitbreidingen zijn van de kwantumtheorie, als middel om een ​​meer holistische weergave van het universum te onderzoeken. Dit onderzoek concentreert zich op het gebruik van niet-triviale communicatiecomplexiteit om de haalbaarheid van niet-lokale boxen te meten.

"Ons onderzoek vergroot ons begrip van de beperkingen en grenzen van uitbreidingen van de kwantumtheorie en geeft inzicht in de raadsels van kwantumverstrengeling", zegt professor Broadbent.

Kwantumverstrengeling, een boeiend fenomeen beschreven door de kwantummechanica, heeft veel aandacht gekregen in de wetenschappelijke gemeenschap. De Nobelprijs voor 2022 werd toegekend aan Aspect, Clauser en Zeilinger voor hun baanbrekende experimenten met verstrengelde fotonen, die de schending van Bell-ongelijkheden aan het licht brachten en baanbrekende kwantuminformatiewetenschap.

Ondanks de kracht van de kwantummechanica roept het bestaan ​​van de grens van Tsirelson de vraag op of er een meer omvattende theorie bestaat om de natuurlijke wereld nauwkeurig te beschrijven. Deze studie onderzoekt niet-lokale kaders als potentiële generalisaties van de kwantummechanica, met als doel hun fysieke realiseerbaarheid te bepalen.

Het onderzoek begon in 2018 met de MSc-scriptie van Marc-Olivier Proulx, die hij uitvoerde onder supervisie van professor Anne Broadbent aan de Universiteit van Ottawa en onder co-supervisie van wijlen professor David Poulin van de Université de Sherbrooke.

Voortbouwend op dit werk heeft Pierre Botteron, een Ph.D. student onder professor Broadbent, werkte samen met Proulx om het rijk van niet-lokale kaders en het postulaat van niet-triviale communicatiecomplexiteit verder te verkennen. Het onderzoek omvatte theoretische analyse en rigoureuze wiskundige modellering op basis van gevestigde raamwerken en principes van de kwantummechanica.

“Onze studie laat zien dat talrijke theoretische generalisaties van de kwantumtheorie, vertegenwoordigd door verschillende families van niet-lokale kaders, als niet-fysiek worden beschouwd wanneer ze worden onderworpen aan het postulaat van niet-triviale communicatiecomplexiteit. Deze bevindingen vergroten het begrip van de beperkingen waarmee we te maken krijgen bij het generaliseren van de kwantummechanica. en waardevolle inzichten verschaffen in de aard van kwantumverstrengeling”, legt professor Broadbent uit.

Het verkennen van niet-lokale kaders als generalisatie van de kwantummechanica heeft ons inzicht in de grenzen van de kwantumtheorie vergroot. Door het niet-triviale communicatiecomplexiteitspostulaat te onderzoeken, hebben de wetenschappers van uOttawa een breder scala aan generalisaties ontdekt die als niet-fysiek worden afgedaan. Dit onderzoek opent de deur naar vooruitgang in de kwantuminformatiewetenschap en verdiept ons begrip van kwantumverstrengelingsverschijnselen.

Meer informatie: Pierre Botteron et al, Uitbreiding van de bekende regio van niet-lokale kaders die de communicatiecomplexiteit instorten, Fysieke recensiebrieven (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.070201. Op arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2302.00488

Journaalinformatie: Fysieke beoordelingsbrieven , arXiv

Aangeboden door Universiteit van Ottawa