Conexiune cuantică înfricoșătoare cuantificată pentru mai multe particule

O măsurătoare primară de acest fel a cuantificat o legătură cuantică misterioasă împărtășită de mai multe particule, mai degrabă decât de doar două. Experimentul, raportat în 3 decembrie Natură, îi aduce pe fizicieni mai aproape de înțelegerea adevăratului scop al acestei legături, cunoscută sub numele de încrucișare cuantică.

Închegarea împletește soarta particulelor, astfel încât unele dintre proprietățile fiecărei particule, care sunt inerent incerte conform mecanicii cuantice, sunt legate de cele ale partenerilor săi. Fiecare particulă își sacrifică în esență individualitatea pentru a deveni parte dintr-o stare de umbrelă încurcată. În timp ce fizicienii au dezvoltat metode fiabile pentru detectarea încurcăturii între perechi de particule, măsurătorile devin dificile atunci când sunt implicate trei sau mai multe particule.

O echipă de fizicieni cuantici de la Universitatea Harvard a măsurat o proprietate numită entanglement entropy, care cuantifică aleatoritatea aparentă care vine odată cu observarea doar a unei porțiuni dintr-un întreg încurcat. Markus Greiner și colegii săi au folosit lasere pentru a crea o cușcă optică cu patru compartimente, fiecare dintre ele ținând un atom de rubidiu răcit la aproape zero absolut. Cercetătorii ar putea modifica setările laserului pentru a regla înălțimea pereților dintre compartimente. Dacă pereții ar fi suficient de jos, atomii ar putea exploata ciudata lor capacitate cuantică de a ocupa mai multe compartimente simultan. Pe măsură ce cei patru atomi au sărit în jur, ei au interacționat și au stabilit o stare de încurcare.

Echipa lui Greiner a creat o pereche de sisteme cu patru compartimente și a confirmat că acestea sunt identice folosind o tehnică dezvoltată pentru compararea fotonilor. Apoi, cercetătorii au comparat porțiuni din cele două cuști – să zicem două dintre cele patru compartimente în care ar putea locui atomii. Sistemul parțial al unei cuști a fost diferit de sistemul parțial corespunzător al celeilalte cuști. O diferență între părți atunci când întregurile nu se pot distinge „se întâmplă doar dacă există o încurcătură în cadrul fiecărui sistem”, spune Greiner.

Peter Zoller, un fizician cuantic teoretic la Universitatea din Innsbruck din Austria, spune că, în timp ce studiul perechilor de particule încurcate este interesant, lumea reală este dominată de stări încurcate care cuprind seturi mult mai mari de particule. Analiza particulelor din colecții similare cu cele din experimentul lui Greiner i-ar putea ajuta pe fizicieni să înțeleagă interacțiunile complexe, bogate în încurcături, dintre electronii din supraconductori, care conduc curentul electric fără rezistență.