Pasaulio pažinimas neturi ribų. Kasdien atrandama naujų nuostabių mikro- ir makropasaulio reiškinių. Vienas jų yra kvantinė sietis. Ji leidžia dalelėms akimirksniu įtakoti vienoms kitas bet kokiu atstumu. Ši kvantinės fizikos ypatybė yra vienas nepaprasčiausių XX a. atradimų ir vienas iš perspektyviausių komunikacijos, skaičiavimo ir kitų technologijų pažangių tyrimų būdų. Šių metų Nobelio fizikos premija buvo apdovanoti Johnas F. Clauseris, Alainas Aspectas ir Antonas Zeilingeris už novatorišką kvantinių informacinių sistemų ir susietų fotonų kūrimą.
Bet kas yra tie susieti fotonai, ta kvantinė sietis?
Paprastai tariant, kvantinė sietis yra tada, kai dvi dalelės sąveikauja taip, kad tų dalelių savybių negalima apibūdinti nepriklausomai viena nuo kitos. Pavyzdžiui, jei du fotonai yra susiję, viena dalelė gali suktis pagal laikrodžio rodyklę vienoje ašyje, todėl kita būtinai turi suktis prieš laikrodžio rodyklę toje pačioje ašyje.
Jei susijusių dalelių porą galima apibūdinti ir 0, ir 1, o vieną dalelę išmatuojate kaip 0, kita susijusi dalelė automatiškai sukuria 1. Atrodo, kad tai įvyksta greičiau už šviesos greitį. Ar kvantinė sietis yra tikra?
Ji yra ne tik tikra, bet ir svarbus naujų technologijų, tokių kaip kvantinis skaičiavimas ir kvantinis ryšys, komponentas. Kvantinė kelių dalelių sietis yra svarbi norint išlaikyti pakankamą atstumą tarp kiubitų kvantiniuose skaičiavimuose, kad kiubitai būtų pakankamai ilgai superpozicijoje atliekant skaičiavimus. Žurnale „Physical Review D“ (105, 2022 m. birželis) rašoma, kad galimas tarpžvaigždinis ir tarpgalaktinis kvantinis ryšys. Tik jam iššifruoti reiktų kvantinio kompiuterio.
Kvantinės komunikacijos yra kita tyrimų sritis, kurioje tikimasi pasinaudoti kvantinės sieties pranašumais, kad būtų lengviau bendrauti, nors tai nereiškia, kad horizonte yra greitesnis nei šviesos ryšys. Ar visos dalelės susijusios?
Kvantinės komunikacijos yra kita tyrimų sritis, kurioje tikimasi pasinaudoti kvantinės sieties pranašumais.
Tam tikru mastu taip. Realybė tokia, kad tam tikra dalelė gali būti įvairiu laipsniu susijusi su daugybe skirtingų dalelių. Štai kodėl vienos susijusios poros dalies matavimas automatiškai negarantuoja, kad žinosite kitos dalelės būseną realiose programose, nes ta kita dalelė taip pat turi kitų susietumų, kuriuos ji taip pat palaiko.
Pirmą kartą žodį „sietis“ šiam reiškiniui apibūdinti pavartojo Erwinas Schrödingeris, kuris pripažino jį vienu iš svarbiausių kvantinės fizikos bruožų ir teigė, kad tai yra visiškas lūžis nuo klasikinės fizikos. Iki šiol mokslininkai stebėjo fotonų kvantinę sietį, dabar ir atomų.
Einšteinas kvantine sietimi apibūdino kaip „baisų veiksmą per atstumą“, tačiau iš tikrųjų jis apibūdino tai daugiau nei tik keistą vaiduokliškų dalelių keistenybę, kuri akimirksniu susipažįsta viena su kita. Iš tikrųjų Einšteinas kvantinę sietį laikė matematiniu paradoksu, būdingą matematinei logikai prieštaravimą.
Kadangi kvantinės dalelės yra Visatos dalelės, jas turėtų valdyti šviesos greitis, tačiau atrodo, kad kvantinė sietis dalijasi informacija tarp dalelių, kurios galėtų būti priešinguose visatos galuose, greičiau už šviesą. Dar keisčiau, kad ši informacija gali keliauti pirmyn ir atgal.
Kvantinė fizika suteikia mums galimybę kitaip pamatyti tą pačią Visatą, o kvantinė sietis gali būti raktas, nukeliantis mus į užkulisius.
Kvantinė sietis yra svarbus dėl dviejų priežasčių. Pirma, kvantinė sietis yra toks kvantinio pasaulio mechanizmas, su kuriuo galime tiesiogiai bendrauti ir daryti įtaką. Tai gali būti būdas panaudoti kai kurias Visatos savybes mūsų technologijų tobulinimui. Mokslininkai moka susieti daleles, ir tai daro tiek laboratorijose, tiek realiose programose, pavyzdžiui, kvantiniuose kompiuteriuose. Kvantiniai kompiuteriai demonstruoja kvantinės fizikos potencialą šiuolaikinėse technologijose, o kvantinė sietis yra geriausia priemonė kvantinei fizikai panaudoti.
Kita kvantinės sieties svarba ta, kad tai yra kelrodis, rodantis kažką esminio mūsų Visatoje, kad kvantinis pasaulis yra grynesnė Visatos forma nei ta, kurią matome, ir paklūsta dėsniams, kuriuos galime paaiškinti. Jei Visata yra scena, o materija yra aktoriai, tai kvantinė sietis gali būti takelažai, pakeliantys užuolaidas, jungikliai, įjungiantys ir išjungiantys šviesas, ar net aktorių kostiumai. Kai žiūrime spektaklį, galime pamatyti teatrą ir scenografiją, įvertinti pjesėje perteikiamą istoriją arba spektaklio pastatymo kokybę.
Kvantinė fizika suteikia mums galimybę kitaip pamatyti tą pačią Visatą, o kvantinė sietis gali būti raktas, nukeliantis mus į užkulisius.
