Czy zjawisko zwane splątaniem kwantowym jest naprawdę konieczne do opisania świata fizycznego, czy też możliwa jest jakaś teoria postkwantowa bez splątania? W nowym badaniu opublikowanym przez phys.org fizycy udowodnili matematycznie, że każda teoria z klasycznymi ograniczeniami - jeśli może opisać nasze obserwacje świata klasycznego przez odwołanie się do teorii klasycznej w określonych warunkach - musi obejmować splątanie. Dlatego pomimo faktu, że splątanie jest sprzeczne z klasycznym rozumieniem, powinno być nieuniknioną i najważniejszą właściwością nie tylko teorii kwantów, ale także każdej teorii nieklasycznej, nawet jeszcze nieopracowanej.
Fizycy tacy jak Jonathan Richens z Imperial College London i University College London, John Selby z Imperial College London i University of Oxford oraz Sabri Al-Safi z Nottingham Trent University opublikowali artykuł stwierdzający, że splątanie jest nieuniknioną cechą każdego nieklasycznego teoria, w Physical Review Letters.
„Teoria kwantowa ma wiele dziwnych cech w porównaniu z teorią klasyczną” - mówi Richens. „Tradycyjnie badamy, jak klasyczny świat wyłania się ze świata kwantowego, ale tutaj zdecydowaliśmy się odwrócić to rozumowanie, aby zobaczyć, jak świat klasyczny kształtuje świat kwantowy. Pokazaliśmy więc, że jedna z najdziwniejszych cech tego ostatniego, splątanie kwantowe, jest nieuniknioną konsekwencją wyjścia poza klasyczną teorię, a może nawet konsekwencją naszej niezdolności do porzucenia klasycznej teorii, pozostawienia jej w tyle."
Chociaż kompletny dowód jest znacznie bardziej szczegółowy, podstawową ideą jest to, że każda teoria opisująca rzeczywistość powinna do pewnego stopnia zachowywać się jak teoria klasyczna. Wymóg ten wydaje się dość oczywisty, ale jak pokazują fizycy, nakłada poważne ograniczenia na strukturę każdej nieklasycznej teorii.
Teoria kwantowa spełnia to wymaganie klasycznej granicy w procesie dekoherencji. Kiedy układ kwantowy oddziałuje ze środowiskiem zewnętrznym, traci swoją kwantową spójność, łączność i wszystko, co czyni go kwantowym. W ten sposób system staje się klasyczny i zachowuje się zgodnie z oczekiwaniami teorii klasycznej.
Fizycy wykazali, że każda nieklasyczna teoria, która rekonstruuje teorię klasyczną, musi zawierać stany splątane. Aby to udowodnić, poszli odwrotnie: przypuśćmy, że taka teoria nie jest splątana. A potem wykazali, że bez splątania każda teoria, która rekonstruuje teorię klasyczną, sama musi być klasyczna - co jest sprzeczne z pierwotną hipotezą, że taka teoria musi być nieklasyczna. Wynik ten oznacza, że założenie o braku uwikłania w taką teorię będzie fałszywe, co oznacza, że każda tego typu teoria musi ją mieć.
Wynik ten może być dopiero początkiem wielu innych powiązanych odkryć, ponieważ otwiera możliwość, że inne fizyczne cechy teorii kwantów można odtworzyć po prostu wymagając, aby teoria miała klasyczną granicę. Fizycy sugerują, że takie cechy, jak przyczynowość informacyjna, symetria bitów i makroskopowa lokalizacja, można udowodnić za pomocą tego pojedynczego wymogu. Wyniki te dają również jaśniejszy obraz tego, jak powinna wyglądać przyszła nieklasyczna teoria postkwantowa.
„Moim przyszłym celem jest sprawdzenie, czy nielokalności Bella można się również nauczyć z istnienia klasycznej granicy” - mówi Richens. „Byłoby interesujące, gdyby wszystkie teorie zastępujące klasyczną teorię naruszały lokalny realizm”.
Film promocyjny:
Lokalny realizm jest połączeniem zasady lokalności z „realistycznym” założeniem, że wszystkie obiekty mają „obiektywnie istniejące” wartości swoich parametrów i właściwości dla wszelkich możliwych pomiarów, które można by wykonać na tych obiektach przed wykonaniem tych pomiarów. Einstein, najwyraźniej zwolennik lokalnego realizmu, lubił mówić w tym względzie, że księżyc nie znika z nieba, nawet jeśli nikt go nie obserwuje. Dane współczesnej mechaniki kwantowej, oparte na przeprowadzonych eksperymentach, podają w wątpliwość adekwatność modelu lokalnego realizmu do „urządzenia” rzeczywistości.
Ilya Khel