Зерттеушілер таңқаларлық кванттық құбылыстар арасындағы таңқаларлық байланысты ашты
Зерттеушілер таңқаларлық кванттық құбылыстар арасындағы таңқаларлық байланысты ашты
Anonim

Зерттеушілер кванттық физиканың екі анықтаушы қасиеті арасындағы іргелі байланысты ашты. Сингапурдың кванттық технологиялар орталығының және Сингапур Ұлттық университетінің қызметкері Стефани Вехнер және Біріккен Корольдік Кембридж университетінің қызметкері Джонатан Оппенхайм бүгін Science журналының соңғы басылымында өз жұмыстарын жариялады.

Нәтиже кванттық механика туралы негізгі түсінігіміздегі керемет серпіліс ретінде жарияланады және кванттық теорияның негіздерін түсінуге тырысатын зерттеушілерге жаңа анықтамалар береді. Нәтиже кванттық мінез-құлық неге соншалықты таңқаларлық деген сұраққа жауап береді, бірақ одан да таңқаларлық емес.

Жарықты құрайтын атомдар, электрондар және фотондар сияқты кванттық бөлшектердің оғаш әрекеті ғалымдарды ғасырға жуық уақыт бойы таң қалдырды. Альберт Эйнштейн кванттық әлем соншалықты оғаш, сондықтан кванттық теория қате болуы керек деп ойлайтындардың бірі болды, бірақ эксперименттер теорияның болжамдарын растады.

Кванттық теорияның оғаш аспектілерінің бірі - бөлшектердің импульсі мен орны сияқты белгілі бір нәрселерді бір уақытта білу мүмкін емес. Осы қасиеттердің бірін білу екіншісін білудің дәлдігіне әсер етеді. Бұл «Гейзенбергтің белгісіздік принципі» ретінде белгілі.

Тағы бір таңғаларлық аспект - локальды еместіктің кванттық феномені, ол жақсы белгілі шиеленіс құбылысынан туындайды. Екі кванттық бөлшек біріктірілген кезде, олар физикалық түрде бөлінген бөлшектер туралы классикалық интуицияға қарсы келетін тәсілдермен бір-бірімен үйлестірілгендей көрінетін әрекеттерді орындай алады.

Бұрын зерттеушілер локальды емес және белгісіздікті екі бөлек құбылыс ретінде қарастырған. Енді Веннер мен Оппенхайм бір-бірімен тығыз байланысты екенін көрсетті. Оның үстіне, олар бұл сілтеменің сандық екенін көрсетеді және жергілікті еместіктің «мөлшері» белгісіздік принципімен анықталатынын көрсететін теңдеуді тапты.

Кембридж университетінің қолданбалы математика және теориялық физика департаментінің Корольдік қоғам университетінің ғылыми қызметкері Оппенхайм: «Бұл таңқаларлық және мүмкін ирониялық жағдай», - деді. Эйнштейн мен оның әріптестері белгісіздік принципін бұзудың жолын іздестіру кезінде локал еместікті тапты. «Енді белгісіздік принципі кері шегініп бара жатқан сияқты».

Жергілікті емес екі алыс жақтың бір-біріне ақпаратты жібермей-ақ өз әрекеттерін қаншалықты үйлестіре алатынын анықтайды. Физиктердің пайымдауынша, тіпті кванттық механикада ақпарат жарықтан да жылдам тарай алмайды. Соған қарамастан, кванттық механика екі жаққа классикалық физика заңдары бойынша мүмкін болатындан әлдеқайда жақсы үйлестіруге мүмкіндік беретіні белгілі болды. Шындығында, олардың іс-әрекеттері сөйлесе алатындай етіп үйлестірілуі мүмкін. Эйнштейн бұл құбылысты «қашықтағы қорқынышты әрекет» деп атады.

Дегенмен, кванттық емес локализация одан да қорқынышты болуы мүмкін. Алыстағы тараптарға өз әрекеттерін табиғат рұқсат еткеннен әлдеқайда жақсы үйлестіруге мүмкіндік беретін теориялар болуы мүмкін, бірақ ақпараттың жарықтан жылдам өтуіне мүмкіндік бермейді. Табиғат оғаш болуы мүмкін, бірақ олай емес – кванттық теория оғаштыққа қосымша шектеу қоятын сияқты.

"Кванттық теория өте оғаш, бірақ ол соншалықты оғаш емес. Біз өзімізден сұрақ қоюымыз керек: кванттық механика неге соншалықты шектеулі? Неліктен табиғат одан да күшті емес локализацияға жол бермейді?" Оппенгейм дейді.

Веннер мен Оппенгеймнің таңқаларлық нәтижесі белгісіздік принципі жауап береді. Екі тарап локализацияның қаншалықты күшті болатынына қатаң шектеу қоятын белгісіздік принципін бұзған жағдайда ғана өз әрекеттерін жақсы үйлестіре алады.

«Егер біз алыс қашықтықтағы әрекеттерімізді жақсырақ үйлестіре алсақ, тамаша болар еді, өйткені бұл көптеген ақпаратты өңдеу тапсырмаларын өте тиімді шешуге мүмкіндік береді», - дейді Вехнер. «Алайда, физика түбегейлі басқаша болар еді. Егер біз белгісіздік принципін бұзатын болсақ, біздің әлем қандай болатынын айту мүмкін емес».

Зерттеушілер ұзақ уақыт бойы байқалмаған байланысты қалай анықтады? Академияға келгенге дейін Веннер «жалдамалы компьютерлік хакер» ретінде жұмыс істеді, қазір кванттық ақпарат теориясымен жұмыс істейді, ал Оппенхайм - физик. Венер информатикадан теориялық физика заңдарына дейінгі әдістерді қолдану байланысты анықтаудың кілті болды деп санайды. «Менің ойымша, маңызды идеялардың бірі - сұрақты кодтау мәселесімен байланыстыру», - дейді Веннер. «Жергілікті емес және белгісіздікке қараудың дәстүрлі әдістері екі ұғым арасындағы тығыз байланысты жасырды».

Веннер мен Оппенхайм кванттық физиканың құбылыстарын компьютерлік хакерге таныс терминдермен қайта тұжырымдады. Олар бір тараптың, Алисаның ақпаратты жасау және кодтауының және екінші тараптың, Бобтың кодтаудан ақпаратты алуының нәтижесі ретінде жергілікті емес аймақты қарастырады. Алиса мен Боб ақпаратты қаншалықты жақсы кодтай және шығарып алатындығы белгісіздік қатынастарымен анықталады. Кейбір жағдайларда олар суретке «руль» деп аталатын үшінші сипат енетінін анықтады.

Вехнер мен Оппенхайм өз жаңалықтарын екі ойыншының кванттық үстел ойынында оңай жеңе алатынын анықтаумен салыстырады: тақтада Алиса екі мүмкін түсті: жасыл немесе қызғылт есептегіш қоя алатын екі шаршы ғана бар. Оған екі шаршыға бірдей түсті қою немесе әрқайсысына басқа түсті қою ұсынылады. Боб Алиса бір немесе екі шаршыға қойған түсті табуы керек. Егер оның болжамы дұрыс болса, Алиса мен Боб ойында жеңіске жетеді. Әлбетте, Алиса мен Боб бір-бірімен сөйлесе алса, ойында жеңіске жететін еді: Алиса Бобқа бірінші және екінші шаршыларда қандай түстер бар екенін айтып береді. Бірақ Боб пен Алиса бір-бірінен алшақ орналасқандықтан, ойын кезінде жарықтың – демек, ақпаратты тасымалдаушы сигналдың – олардың арасында өтуге уақыты жоқ.

Егер олар сөйлей алмаса, олар әрқашан жеңе алмайды, бірақ кванттық бөлшектерді өлшей отырып, олар кванттық теорияға сүйенбейтін кез келген стратегияға қарағанда ойынды жиі жеңе алады. Дегенмен, белгісіздік принципі олардың жақсы жұмыс істеуіне жол бермейді, тіпті ойында қаншалықты жиі жеңіліске ұшырайды.

Бұл тұжырым кванттық физиканың негізінде қандай принциптер жатыр деген терең сұраққа негізделген. Кванттық механиканың негізін түсінудің көптеген талпыныстары локальды еместікке бағытталған. Вехнер белгісіздік принципінің егжей-тегжейлерін зерделеуден көп пайда табуға болады деп санайды. «Алайда біз белгісіздік қатынастарын түсінудің бетін әрең тырнап алдық», - дейді ол.

Бұл серпіліс болашаққа сенімді, дейді зерттеушілер. Ғалымдар тартылыс күшінің кванттық теориясын әлі де іздестіруде және Веннер мен Оппенгеймнің локализацияға, белгісіздікке және басқаруға қатысты нәтижесі барлық ықтимал теорияларға, соның ішінде кванттық механиканы болашақта ауыстыруға да қатысты.

Тақырып бойынша танымал