Kosmisk Test Bolster Einstein er "Spooky Action at a Distance"


Lyset fra fjerne stjerner brukes til å fikse innstillingene i en ny versjon av den ikoniske Bell-testen. En versjon av et ikonisk eksperiment for å bekrefte kvanteteorien har for første gang brukt lyset fra fjerne stjerner til å styrke saken for et fenomen som Albert Einstein omtalte som "spooky action on a distance". Ei

Lyset fra fjerne stjerner brukes til å fikse innstillingene i en ny versjon av den ikoniske Bell-testen.

En versjon av et ikonisk eksperiment for å bekrefte kvanteteorien har for første gang brukt lyset fra fjerne stjerner til å styrke saken for et fenomen som Albert Einstein omtalte som "spooky action on a distance".

Einstein mislikte tanken om at objekter kan dele en mystisk tilkobling over en hvilken som helst avstand, og forskere har de siste 50 årene forsøkt å sørge for at deres resultater som viser denne kvanteffekten ikke kunne ha vært forårsaket av mer intuitive forklaringer.

Kvantfysikk antyder at to såkalte sammenklemt partikler kan opprettholde en spesiell tilkobling - selv i stor avstand - slik at hvis man måles, forteller den en eksperiment umiddelbart hva måling av den andre partikkelen vil vise. Dette skjer til tross for at hverken partikkelen har bestemte egenskaper før den blir målt. Det forstyrret noen fysikere, inkludert Einstein, som favoriserte en alternativ forklaring: at kvanteteorien er ufullstendig, og at resultatene i stedet avhenger av noen forhåndsbestemte, men skjulte, variabler.

Den siste innsatsen for å utforske fenomenet, som skal publiseres i Fysisk gjennomgangstavler 7. februar, bruker lys utstrålet av stjerner for rundt 600 år siden for å velge hvilke målinger som skal gjøres i et kvanteeksperiment kjent som en Bell-test. Ved å gjøre det, begrenser de ned i historien når de skjulte variablene kunne ha påvirket eksperimentet hvis de eksisterer.

"Det er et vakkert eksperiment, " sier Krister Shalm, en kvantefysiker ved US National Institute of Standards and Technology (NIST) i Gaithersburg, Maryland. Selv om noen forventet å motbevise kvantemekanikken, fortsetter slike eksperimenter "å presse alternative teorier til å bli mer og mer opptatt og latterlig", sier han. Lignende teknikker kan i fremtiden bidra til å beskytte mot hackere som prøver å knekke kvantum-kryptografisystemer, legger han til.

Lukke smutthull

Fysikere ved Universitetet i Wien, sammen med kollegaer i Kina, Tyskland og USA, utviklet en ny versjon av Bell-testen, en protokoll utarbeidet av fysikeren John Bell på 1960-tallet for å skille mellom to mulige forklaringer for den tilsynelatende merkelige oppførselen av kvanteverdenen.

Testen innebærer å utføre uavhengige målinger på separerte par inntrappede kvantepartikler. Bell viste at statistisk korrelasjon mellom resultatene, en gang over en bestemt grenseverdi, ikke kunne forklares av partikler med skjulte egenskaper. I stedet synes koordinert utfall å være et resultat av målinger på en partikkel som mystisk fastser egenskapene til den andre.

Selv om Bell-tester har støttet kvantteori mange ganger, inkluderer de forutsetninger som etterlater wiggle-rom for ikke-kvantum forklaringer, og fysikere har forsøkt å lukke disse "smutthullene" helt siden.

I 2015 forsvant de med en stor seier da tre separate lag, inkludert Shalm, klarte å lukke to store mulige smutthull, samtidig som de viste at sammenkobling ikke kunne være en illusjon skapt av en rask kommunikasjon mellom partikler eller en artefakt av bare oppdage bestemte fotoner.

Frihet til å velge

Men de forlot åpne et annet smutthull, en som er mer subtil, og umulig å lukke helt, sier Andrew Friedman, en astronom ved Massachusetts Institute of Technology i Cambridge, og en medforfatter på det siste papiret. Kloktester antar også at eksperimenter har fritt valg over hvilke målinger de utfører på hver av fotonene. Men noe ukjent effekt kan påvirke begge partiklene og hvilke tester som utføres (enten ved å påvirke målevalg direkte eller mer plausibelt ved å begrense mulighetene som er tilgjengelige), for å produsere korrelasjoner som gir illusjonen av entanglement.

For å begrense dette fritt valgfri smutthull, har forskere tidligere satt 144 kilometer mellom kilden til inntrappede partikler og tilfeldig talgeneratoren som de bruker for å velge eksperimentelle innstillinger5. Avstanden mellom dem betyr at hvis en ukjent prosess påvirket begge oppsettene, måtte den ha gjort det på et tidspunkt før eksperimentet. Men dette regulerer bare noen innflytelser i mikrosekundene før: det siste papiret forsøkte å presse denne gangen tilbake dramatisk, ved å bruke lys fra to fjerne stjerner for å bestemme eksperimentelle innstillinger for hver foton. "Vi outsource valget til universet selv, " sier Friedman.

Teamet, ledet av fysikeren Anton Zeilinger ved Universitetet i Wien, plukket hvilke egenskaper de innfelt fotonene skulle observere, avhengig av om de to teleskopene oppdaget innkommende lys som blå eller rød. Fargen avgjøres når lyset sendes ut, og endres ikke under kjøring. Dette betyr at hvis noen ukjent effekt, i stedet for kvantekonflikt, forklarer korrelasjonen, ville den måtte ha blitt satt i gang i minst 600 år siden, fordi den nærmeste stjernen er 575 lysår (176 parsek) unna, sier Friedman, som håper å til slutt skyve denne grensen tilbake til milliarder år siden ved å gjøre eksperimentet med lys fra fjernere kvasarer. Resultatene deres fant et nivå av korrelasjon som støtter «handling på avstand».

Beskyttelse mot hackere

Teknisk er eksperimentet imponerende, sier Ronald Hanson, en kvantefysiker ved Delfts Teknologiske Universitet i Nederland. Men i motsetning til smutthullene stengt i 2015, kan denne aldri bli helt lukket. å begrense det til videre i det siste er bare mulig ved å gjøre nye forutsetninger - i dette tilfellet, for eksempel ved å anta at ingen messet med fotonene umiddelbart før de slår teleskopene, sier han.

Andre hevder at selv om det i utgangspunktet ikke er smutthull, kan slike eksperimenter være verdifulle fordi nye teorier nødvendigvis blir mer usannsynlige og konstruerte, eller til slutt ender opp med at alt i universet ble bestemt på Big Bangs tid - en filosofisk se at de fleste fysikere avviser. Omarbeidende eksperimenter for å redusere og gjøre bedre forutsetninger er derfor verdifulle, sier Shalm.

Slike eksperimenter har også praktisk verdi, argumenterer Friedman, fordi hvis kvantemekanikk viser seg å bli forklart av en annen underliggende teori, kan denne funningen påvirke sikkerheten til teknologier som er avhengig av kvanteteori, som kvantkryptering. Og forsøk på å lukke slike smutthull er nyttig fordi minimering av antagelsene i et eksperiment tjener til å bøte opp beskyttelse mot hackere som ellers kan utnytte dem, sier Shalm, hvis lag på NIST undersøker om Bell-tester kunne brukes i kvantekryptografi.

Utnytte kosmiske fenomener er ikke den eneste måten fysikere sikrer på målingens uavhengighet. I november deltok lag fra hele verden i Big Bell Test, som tappet 100.000 spillespillfrivillige over hele verden for å lage tilfeldige sekvenser på 0s og 1s, som fysikere pleide å fikse sine måleinnstillinger.

Foreløpig analyse indikerer at i dette tilfellet støttet de fleste og muligens alle eksperimentene igjen kvantemekanikk, sier Morgan Mitchell ved Institute of Photonic Sciences (ICFO) i Barcelona, ​​Spania, som koordinerte arrangementet. Beklager, Einstein, sier han.

Denne artikkelen er reprodusert med tillatelse og ble først publisert 2. februar 2017.

Når det kommer til fotosyntese, utfører planter kvantumberegningOceanic Dead Zones Fortsett å spreAstronautene tar første biter av salat vokst i rommetSoaring City SlickersVil fornyet interessen for kjernefysisk kraft gjenopplive uranindustrien?Hva er neste for NASAs nye astronautklasse?Gå FjerdeTopp Sci / Tech Gaver 2003