Kβαντική διεμπλοκή, το πιο παράξενο φαινόμενο του μικρόκοσμου

Η κβαντική διεμπλοκή – το φαινόμενο που επιτρέπει σε δύο σωματίδια να συμπεριφέρονται παρόμοια, ανεξάρτητα από το πόσο μακριά βρίσκονται – είναι από τα πιο παράξενα φαινόμενα του μικρόκοσμου. Μερικές φορές, η αλληλεπίδραση δύο σωματιδίων αναγκάζει μεμονωμένες ιδιότητές τους, όπως το σπιν, να ‘διεμπλακούν’. Δηλαδή αν αλλάξουμε το σπιν του ενός σωματιδίου αυτό έχει επιπτώσεις αμέσως στο σπιν και του άλλου, ανεξάρτητα από την απόσταση που έχουν μεταξύ τους.

Αν και αυτό το φαινόμενο είχε επιβεβαιωθεί θεωρητικά από το 1935, η διεμπλοκή είναι ακόμα ένα στοιχειωμένο φαινόμενο.

1935: Οι φυσικοί Albert Einstein, Boris Podolsky και Nathan Rosen δημοσιεύουν μια θεωρητική εργασία στο Physical Review ρωτώντας “Μπορεί η κβαντομηχανική περιγραφή της φυσικής πραγματικότητας να θεωρηθεί πλήρης;» Η απάντηση τους ήταν: όχι δεν μπορεί.

Το ίδιο έτος, στο περιοδικό Naturwissenschaften, ο Έρβιν Σρέντιγκερ επινοεί τον όρο «εμπλοκή», και αναπτύσσει το περίφημο νοητικό πείραμα μιας γάτας που υπάρχει ταυτόχρονα σε μια κατάσταση ζωντανή και νεκρή.

1952: Με βάση τις προηγούμενες εργασίες του Γάλλου φυσικού Louis de Broglie, ο θεωρητικός φυσικός David Bohm προτείνει μια ντετερμινιστική ερμηνεία της κβαντικής θεωρίας που ενσωματώνει “κρυμμένες μεταβλητές”. Ισχυρίζεται ότι η αρχική κατάσταση ενός συστήματος, όπως η θέση ενός σωματιδίου, μπορεί να καθορίσει τη μελλοντική του εξέλιξη.

1964: Ο Ιρλανδός φυσικός John Bell προτείνει την περίφημη ανισότητα του, που προβλέπει τα μαθηματικά που θα επιτρέψουν στους ερευνητές να αποκλείσουν πειραματικά οποιεσδήποτε κρυμμένες μεταβλητές, που λειτουργούν σε τοπικό επίπεδο για τον προσδιορισμό των αποτελεσμάτων της κβαντικής διεμπλοκής. Εάν ισχύει η ανισότητα αυτή, τότε η διεμπλοκή θα μπορούσε να εξηγηθεί με καθαρά τοπικά φαινόμενα. Σε περίπτωση που παραβιάζεται, πρέπει να συμβαίνει κάποιο ποσό μη τοπικότητας (αλληλεπίδραση δύο σωματιδίων από μακριά), όπως προβλέπει το καθιερωμένο μοντέλο της κβαντομηχανικής.

1972: Οι ερευνητές Stuart Freedman και John Clauser του Berkeley εξετάζουν πειραματικά το θεώρημα του Bell μετρώντας τις πολώσεις ενός ζεύγους φωτονίων. Αν και η ομάδα αυτή βρήκε ότι η ανισότητα πράγματι παραβιάζεται, υπήρχαν κάποια κενά στο πείραμα τους.

1982: Ο Γάλλος φυσικός Alain Aspect εκτελεί μια ακόμη πιο ισχυρή δοκιμασία της διεμπλοκής, επιβεβαιώνοντας ότι υπάρχουν μη τοπικά αποτελέσματα.

1984: Ο Charles Bennett μαζί με τον Gilles Brassard προτείνουν ένα θεωρητικό σύστημα για την κβαντική κρυπτογραφία, η οποία θα χρησιμοποιεί φωτόνια σε μια υπέρθεση καταστάσεων για να δημιουργήσουν ένα ασφαλές κρυπτογραφικό κλειδί.

1990: Ο Charles Bennett με τους συνεργάτες του αναφέρουν την πρώτη διανομή ενός πειραματικού κβαντικού κλειδιού.

1993: Ο Bennett προτείνει ότι η διεμπλοκή μπορεί, κατ ‘αρχήν, να χρησιμοποιηθεί για την τηλεμεταφορά κβαντικών πληροφοριών ενός σωματιδίου από το ένα μέρος στο άλλο.

1997: Ο Αυστριακός κβαντικός φυσικός Anton Zeilinger και οι συνεργάτες του αναφέρουν στο περιοδικό Nature, την πρώτη πειραματική επαλήθευση της κβαντικής τηλεμεταφοράς.

2007: Ο Anton Zeilinger και οι συνάδελφοι επιχείρησαν να στείλουν πεπλεγμένα φωτόνια σε μια απόσταση ρεκόρ 144 χιλιομέτρων, ανάμεσα σε δύο από τις Καναρίους Νήσους και το κατάφεραν. Λίγο μετά ο Chao-Yang Lu έκανε διεμπλοκή σε έξι φωτόνια, έναν αριθμό ρεκόρ.

2010: Οι ερευνητές παρατηρούν νέα είδη εμπλοκής στην περίπτωση ταυτόχρονης διασύνδεσης πολλών αντικειμένων με κβαντικό τρόπο. Η κβαντική πληροφορία τηλεμεταφέρθηκε στην απόσταση ρεκόρ των 16 χιλιομέτρων, ενώ ερευνητικές οι ομάδες βρίσκουν καλύτερους τρόπους για τη δημιουργία και τον έλεγχο πεπλεγμένων αντικειμένων.