Nowe eksperymenty dotyczące własności kwantowych, które zaskoczyły Einsteina

Jednym z powodów, dla których Albert Einstein nie pochwalał fizyki kwantowej, jest to, że wydaje się ona przewidywać natychmiastowe działania na odległość, wpływy, które wydają się rozprzestrzeniać szybciej niż prędkość światła. W 2022 roku Alain Aspect, John Clauser i Anton Zeilinger otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za eksperymenty potwierdzające kwantową „nielokalność”: istnienie korelacji, których nie można wyjaśnić teoriami „ukrytych zmiennych”, w których obserwatorzy mają wolną wolę (wyboru, jakie pomiary wykonać) i w których komunikacja z prędkością większą niż prędkość światła jest niemożliwa. Jednak eksperymenty nagrodzone Nagrodą Nobla nie wyjaśniają odpowiedzialnego mechanizmu. Jedną z możliwości jest to, że ukryte zmienne decydują o tym, jakie pomiary są wykonywane: wolna wola, którą fizycy uważają za posiadaną, byłaby iluzją. Inną możliwością jest to, że możliwa jest komunikacja ponadświetlna. Trzecią możliwością jest to, że ukryte zmienne nie istnieją.

W artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature Communications, którego autorami są Carlos Vieira, Ravishankar Ramanathan i Adán Cabello z uniwersytetów w Campinas (Brazylia), Hongkongu i Sewilli, stwierdzono, że możliwe jest przeprowadzenie nowych eksperymentów, które pozwolą nam rozstrzygnąć między tymi możliwościami.

„Przynajmniej jedno z założeń teorii lokalnych ukrytych zmiennych musi zawieść. Tutaj [w artykule w Nature Communications ] pokazujemy, że jeśli zawiedzie tylko jedno, to musi zawieść całkowicie, tym samym wykluczając teorie ukrytych zmiennych, które częściowo ograniczają wolną wolę lub częściowo pozwalają na natychmiastowe działania na odległość” – twierdzą badacze.

Nicolas Gisin z Uniwersytetu Genewskiego w Szwajcarii mówi New Scientist , że praca ta może pomóc rozwiać niektóre błędne przekonania na temat tego, dlaczego teoria kwantowa jest „nielokalna”: „Eksperymentalne naruszenie nierówności Bella zostało udowodnione. Już to zrobiono. Ale zawsze trzeba dodać założenia, jeśli chce się mieć twierdzenie” — mówi Gisin.

„Robimy to od 100 lat, a każdy wyraża swoją opinię. Ale mamy zajmować się nauką. Nasza praca, ze wszystkimi intencjami na świecie, jest całkowicie aseptyczna. Trzeba patrzeć na to, co mówią eksperymenty. Ktoś może być odpychany brakiem wolnej woli, ale jest to logiczna możliwość. Więc jako tacy będziemy to badać naukowo. Ktoś może być odpychany, jak Einstein, przez natychmiastowe działania na odległość, ale jest to logiczna możliwość w tej debacie, więc spróbujemy to zbadać naukowo. To nie jest kwestia opinii; idziemy do laboratorium, żeby zobaczyć, co się stanie” – argumentuje Adán Cabello .

Kwestia braku wolnej woli może również podsycać wiarę w superdeterminizm, koncepcję, którą argentyński astrofizyk i filozof Gustavo E. Romero podsumowuje: „W języku potocznym oznaczałoby to, że wszystkie zdarzenia we wszechświecie są zdeterminowane przez wspólny początek. Wszystkie stany zostały zdefiniowane przez stan przeszły. Innymi słowy, we wszechświecie istnieje ścisły determinizm”.

„Moim zdaniem istnieją filozoficzne powody, by sądzić, że wolna wola nie istnieje i że nie ma sensu” – argumentował Romero w niedawnym wywiadzie: „Jeśli spojrzeć na kontekst kosmologiczny, cały wszechświat był pierwotnie tak zwarty, że zasadniczo wszystkie systemy były ze sobą przyczynowo powiązane. Ludzie przestrzegają praw natury w taki sam sposób, jak wszystko inne, co istnieje, wszystko, co jest naturalne”.

Oprócz zmiennych filozoficznych, badania Vieiry, Ramanathana i Cabello mają praktyczne zastosowania. Cabello wskazuje, że w kryptografii poziom bezpieczeństwa wzrósłby. „W obecnych systemach zakłada się, że przeciwnik nie może zdecydować, jakie środki zostaną podjęte. Jednak przeciwnik mógłby zhakować generatory liczb losowych używane do wyboru środków i naruszyć bezpieczeństwo. Pokazujemy, że bezpieczeństwo można przywrócić nawet w tym przypadku, pod warunkiem, że hakowanie jest tylko częściowe”.

Istnieją również praktyczne zastosowania komputerów kwantowych. W związku z tym Ramanathan mówi New Scientist , że komputery kwantowe mogą skorzystać z tego odkrycia, ponieważ problem niechcianego wpływu niektórych części komputera na inne części może zostać złagodzony.