keterikatan kuantum

keterikatan kuantum (keterikatan) (eng. Keterikatan) - fenomena mekanika kuantum di mana keadaan kuantum dari dua atau lebih objek harus dijelaskan dalam hubungannya satu sama lain, bahkan jika objek individu dipisahkan dalam ruang. Akibatnya, timbul korelasi antara sifat-sifat fisik benda yang diamati. Misalnya, dimungkinkan untuk menyiapkan dua partikel yang berada dalam keadaan kuantum yang sama sehingga ketika satu partikel diamati dalam keadaan dengan putaran mengarah ke atas, putaran yang lain ternyata mengarah ke bawah, dan sebaliknya, dan ini terlepas dari kenyataan bahwa, menurut mekanika kuantum, diprediksi bahwa arah mana yang sebenarnya diperoleh setiap kali tidak mungkin. Dengan kata lain, tampaknya pengukuran yang dilakukan pada satu sistem memiliki efek seketika pada sistem yang terkait dengannya. Namun, apa yang dimaksud dengan informasi dalam pengertian klasik masih tidak dapat ditransmisikan melalui keterjeratan lebih cepat daripada kecepatan cahaya.
Sebelumnya, istilah asli "keterikatan" diterjemahkan dalam arti yang berlawanan - sebagai keterjeratan, tetapi arti kata tersebut adalah untuk mempertahankan hubungan bahkan setelah biografi kompleks partikel kuantum. Jadi dengan adanya hubungan antara dua partikel dalam kumparan sistem fisik, dengan "menarik" satu partikel, adalah mungkin untuk menentukan yang lain.

Keterikatan kuantum adalah dasar dari teknologi masa depan seperti komputer kuantum dan kriptografi kuantum, dan juga telah digunakan dalam eksperimen teleportasi kuantum. Dalam istilah teoretis dan filosofis, fenomena ini adalah salah satu sifat paling revolusioner dari teori kuantum, karena dapat dilihat bahwa korelasi yang diprediksi oleh mekanika kuantum sama sekali tidak sesuai dengan gagasan tentang lokalitas yang tampak jelas dari dunia nyata, di mana informasi tentang keadaan sistem hanya dapat ditransmisikan melalui lingkungan terdekatnya. Pandangan yang berbeda tentang apa yang sebenarnya terjadi selama proses keterjeratan mekanika kuantum menyebabkan interpretasi yang berbeda dari mekanika kuantum.

Latar belakang

Pada tahun 1935, Einstein, Podolsky dan Rosen merumuskan Paradoks Einstein-Podolsky-Rosen yang terkenal, yang menunjukkan bahwa mekanika kuantum menjadi teori nonlokal karena konektivitas. Kita tahu bagaimana Einstein mengolok-olok konektivitas, menyebutnya "aksi mimpi buruk di kejauhan. Wajar saja, konektivitas non-lokal menyanggah postulat TO tentang pembatasan kecepatan cahaya (transmisi sinyal).

Di sisi lain, mekanika kuantum sangat baik dalam memprediksi hasil eksperimen, dan bahkan korelasi kuat telah diamati karena fenomena keterjeratan. Ada cara yang tampaknya berhasil dalam menjelaskan keterjeratan kuantum, pendekatan "teori variabel tersembunyi" di mana parameter mikroskopis tertentu tetapi tidak diketahui bertanggung jawab atas korelasi. Namun, pada tahun 1964, J.S. Bell menunjukkan bahwa teori lokal yang "baik" tidak dapat dibangun dengan cara ini, yaitu, keterjeratan yang diprediksi oleh mekanika kuantum dapat dibedakan secara eksperimental dari hasil yang diprediksi oleh kelas teori yang luas dengan parameter tersembunyi lokal. . Hasil eksperimen berikutnya memberikan konfirmasi yang menakjubkan tentang mekanika kuantum. Beberapa pemeriksaan menunjukkan bahwa ada sejumlah hambatan dalam eksperimen ini, tetapi secara umum diterima bahwa itu tidak signifikan.

Konektivitas memiliki hubungan yang menarik dengan prinsip relativitas, yang menyatakan bahwa informasi tidak dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain lebih cepat dari kecepatan cahaya. Meskipun dua sistem dapat dipisahkan oleh jarak yang jauh dan masih terjerat, tidak mungkin untuk mengirimkan informasi yang berguna melalui koneksi mereka, sehingga kausalitas tidak dilanggar karena keterjeratan. Ini terjadi karena dua alasan:
1. hasil pengukuran dalam mekanika kuantum pada dasarnya probabilistik;
2. Teorema kloning keadaan kuantum melarang verifikasi statistik keadaan terjerat.

Penyebab Pengaruh Partikel

Di dunia kita, ada keadaan khusus dari beberapa partikel kuantum - keadaan terjerat di mana korelasi kuantum diamati (secara umum, korelasi adalah hubungan antara peristiwa di atas tingkat kebetulan acak). Korelasi ini dapat dideteksi secara eksperimental, yang pertama kali dilakukan lebih dari dua puluh tahun yang lalu dan sekarang secara rutin digunakan dalam berbagai eksperimen. Dalam dunia klasik (yaitu, non-kuantum), ada dua jenis korelasi - ketika satu peristiwa menjadi penyebab yang lain, atau ketika keduanya memiliki penyebab yang sama. Dalam teori kuantum, jenis korelasi ketiga muncul, terkait dengan sifat nonlokal dari keadaan terjerat beberapa partikel. Jenis korelasi ketiga ini sulit dibayangkan menggunakan analogi rumah tangga yang sudah dikenal. Atau mungkin korelasi kuantum ini adalah hasil dari beberapa interaksi baru yang sampai sekarang tidak diketahui, karena partikel terjerat mana (dan hanya mereka!) yang saling mempengaruhi?

Penting untuk segera menekankan "ketidaknormalan" dari interaksi hipotetis semacam itu. Korelasi kuantum diamati bahkan jika deteksi dua partikel yang dipisahkan oleh jarak yang jauh terjadi secara bersamaan (dalam batas kesalahan eksperimental). Ini berarti bahwa jika interaksi seperti itu benar-benar terjadi, maka interaksi tersebut harus menyebar dalam kerangka acuan laboratorium dengan sangat cepat, dengan kecepatan superluminal. Dan dari sini mau tidak mau mengikuti bahwa dalam kerangka acuan lain interaksi ini umumnya akan berlangsung seketika dan bahkan akan bertindak dari masa depan ke masa lalu (meskipun tanpa melanggar prinsip kausalitas).

Inti dari percobaan

Geometri percobaan. Pasangan foton terjerat dihasilkan di Jenewa, kemudian foton dikirim melalui kabel serat optik dengan panjang yang sama (ditandai dengan warna merah) ke dua penerima (ditandai dengan huruf APD) yang terpisah sejauh 18 km. Gambar dari artikel yang dimaksud di Nature

Ide percobaan ini adalah sebagai berikut: kami membuat dua foton yang terjerat dan mengirimkannya ke dua detektor sejauh mungkin (dalam percobaan yang dijelaskan, jarak antara kedua detektor adalah 18 km). Dalam hal ini, kami membuat jalur foton ke detektor seidentik mungkin, sehingga momen pendeteksiannya sedekat mungkin. Dalam karya ini, momen deteksi bertepatan dengan akurasi sekitar 0,3 nanodetik. Korelasi kuantum masih diamati dalam kondisi ini. Jadi, jika kita berasumsi bahwa mereka "bekerja" karena interaksi yang dijelaskan di atas, maka kecepatannya harus melebihi kecepatan cahaya seratus ribu kali.
Eksperimen seperti itu, sebenarnya, dilakukan oleh kelompok yang sama sebelumnya. Kebaruan dari pekerjaan ini hanya eksperimen berlangsung lama. Korelasi kuantum diamati terus menerus dan tidak hilang setiap saat sepanjang hari.
Mengapa itu penting? Jika interaksi hipotetis dilakukan oleh beberapa media, maka media ini akan memiliki kerangka acuan yang berbeda. Karena rotasi Bumi, kerangka acuan laboratorium bergerak relatif terhadap kerangka acuan ini pada kecepatan yang berbeda. Ini berarti bahwa interval waktu antara dua peristiwa pendeteksian dua foton akan berbeda untuk media ini sepanjang waktu, tergantung pada waktu dalam sehari. Secara khusus, akan ada saat di mana dua peristiwa untuk lingkungan ini akan tampak bersamaan. (Di sini, omong-omong, fakta dari teori relativitas digunakan bahwa dua peristiwa simultan akan simultan di semua kerangka acuan inersia yang bergerak tegak lurus terhadap garis yang menghubungkannya).

Jika korelasi kuantum dilakukan karena interaksi hipotetis yang dijelaskan di atas, dan jika laju interaksi ini terbatas (walaupun besar secara sewenang-wenang), maka pada saat ini korelasi akan hilang. Oleh karena itu, pengamatan korelasi yang terus menerus pada siang hari akan menutup kemungkinan ini sepenuhnya. Dan pengulangan eksperimen semacam itu pada waktu yang berbeda dalam setahun akan menutup hipotesis ini bahkan dengan interaksi yang sangat cepat dalam kerangka acuannya sendiri yang dipilih.

Sayangnya, ini tidak tercapai karena ketidaksempurnaan percobaan. Dalam percobaan ini, untuk mengatakan bahwa korelasi benar-benar diamati, diperlukan untuk mengumpulkan sinyal selama beberapa menit. Hilangnya korelasi, misalnya, selama 1 detik, percobaan ini tidak bisa melihat. Itulah sebabnya penulis tidak dapat sepenuhnya menutup interaksi hipotetis, tetapi hanya memperoleh batas kecepatan perambatannya dalam kerangka acuan yang mereka pilih, yang tentu saja sangat mengurangi nilai hasil yang diperoleh.

Mungkin...?

Pembaca mungkin bertanya: jika, bagaimanapun, kemungkinan hipotetis yang dijelaskan di atas terwujud, tetapi eksperimen mengabaikannya karena ketidaksempurnaannya, apakah ini berarti teori relativitas salah? Dapatkah efek ini digunakan untuk transmisi informasi superluminal atau bahkan untuk pergerakan di luar angkasa?

Tidak. Interaksi hipotetis yang dijelaskan di atas oleh konstruksi melayani satu-satunya tujuan - ini adalah "roda gigi" yang membuat korelasi kuantum "berfungsi". Tetapi telah dibuktikan bahwa dengan bantuan korelasi kuantum tidak mungkin mengirimkan informasi lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Oleh karena itu, apa pun mekanisme korelasi kuantumnya, ia tidak dapat melanggar teori relativitas.
© Igor Ivanov

Lihat bidang torsi.
Dasar-dasar Dunia Halus - vakum fisik dan bidang torsi. 4.

keterikatan kuantum.

Hak Cipta © 2015 Cinta Tanpa Syarat

Diluncurkan tahun lalu, satelit Micius China berhasil menyelesaikan tes orbital dan mencetak rekor baru untuk komunikasi kuantum. Dia menghasilkan sepasang foton yang terjerat, memisahkannya, dan mengirimkannya secara bersamaan ke dua stasiun bumi yang berjarak 1203 km. Stasiun bumi kemudian menggunakan efek teleportasi kuantum untuk bertukar pesan terenkripsi. Secara potensial, peluncuran satelit semacam itu membuka kemungkinan untuk menciptakan sistem komunikasi global yang terlindung dari intersepsi pada tingkat prinsip-prinsip fisik. Eksperimen tersebut telah dijuluki "awal dari internet kuantum."

Perangkat, senilai sekitar $ 100 juta, dibuat sebagai bagian dari proyek QUESS (Quantum Science Satellite), sebuah inisiatif bersama dari Akademi Ilmu Pengetahuan China dan Austria. “Proyek ini bertujuan untuk membuktikan kelayakan memperkenalkan komunikasi kuantum dalam skala global,” komentar Anton Zeilinger, ahli fisika kuantum di Universitas Wina, yang merupakan orang pertama di dunia yang melakukan teleportasi kuantum keadaan foton terjerat.

Teleportasi kuantum dan fantastis

Istilah "teleportasi" bisa menyesatkan. Dalam sistem kuantum, ini berarti transfer informasi antara pasangan partikel terkait yang telah dibuat sebelumnya, yaitu, dicirikan oleh fungsi gelombang yang sama. Tidak ada transfer materi atau energi, dan relativitas umum tidak dilanggar. Inti dari teleportasi kuantum adalah penggunaan keadaan kuantum yang saling berhubungan dari partikel terjerat untuk pengkodean dan transmisi informasi seketika. Mengukur (yaitu, mengubah) sifat-sifat satu partikel akan langsung mengubahnya dalam partikel kedua, tidak peduli seberapa jauh jaraknya.

Sebuah satelit dengan berat lebih dari 600 kg diluncurkan ke orbit sinkron matahari dengan ketinggian 494,8-511,1 km menggunakan kendaraan peluncuran Long March 2D (juga dikenal sebagai Long March, atau "Long March"), diluncurkan dari Jiuquan 16 Kosmodrom Agustus 2016. Setelah berbulan-bulan pengujian, itu diserahkan ke Akademi Ilmu Pengetahuan China.

Parameter orbit dipilih agar satelit muncul di tempat yang sama setiap malam. Stasiun bumi melacak satelit dan membuat tautan optik dengannya untuk menerima foton terjerat tunggal. Satelit itu dipimpin oleh tiga teleskop optik di Deling, Lijiang dan Nanshan. Satelit mampu melakukan kontak dengan ketiga stasiun bumi.

Menurut rencana, Micius akan menjadi perangkat pertama dalam jaringan komunikasi kuantum global, yang ingin dibuat China pada 2030. Salah satu tugas misi ilmiahnya adalah transmisi kuantum informasi melalui saluran komunikasi yang dilindungi intersep antara Beijing dan Wina. Untuk tujuan ini, satelit dilengkapi dengan peralatan eksperimental: pemancar pasangan foton terjerat dan pemancar laser koheren berkecepatan tinggi.

Omong-omong, satelit Micius (dalam transkripsi lain - Mozi) dinamai menurut filsuf Cina kuno Mo Tzu. Menurut spesialis terkemuka dalam pengembangan Micius, akademisi Jian-Wei Pan dari Universitas Sains dan Teknologi China, rekan senegaranya Mo-tzu menggambarkan sifat perambatan cahaya bahkan sebelum zaman kita, yang memunculkan perkembangan optik. komunikasi. Mari kita keluar dari cakupan artikel yang diklaim nasional sebagai keunggulan optik dan melihat apa yang menarik tentang rekor tersebut, dan pada saat yang sama mencoba memahami dasar-dasar komunikasi kuantum.

Perjanjian Sino-Austria

Bukan kebetulan bahwa Austria menjadi peserta dalam proyek: sekelompok fisikawan dari Universitas Innsbruck Austria yang pada tahun 1997 untuk pertama kalinya berhasil mendemonstrasikan teleportasi kuantum keadaan dalam sepasang foton yang terjerat.

Cina modern juga memiliki sejarah yang menarik dalam menguasai komunikasi kuantum. Pada tahun 2005, para ilmuwan di Universitas Sains dan Teknologi China mampu mentransmisikan keadaan kuantum partikel terjerat 7 km melintasi udara terbuka. Kemudian, dengan bantuan serat optik yang dibuat khusus, jarak ini ditingkatkan menjadi 400 km. Untuk pertama kalinya, transmisi foton terjerat melalui atmosfer dan jarak yang cukup jauh juga dilakukan oleh fisikawan dari Universitas Sains dan Teknologi China dan Universitas Tsinghua Beijing. Pada Mei 2010, mereka berhasil mentransmisikan sepasang foton terjerat lebih dari 16 km (lihat Nature Photonics).

Sebuah garis serat optik atau link line-of-sight "melalui udara" diperlukan hanya untuk pemisahan awal foton terjerat. Di masa depan, informasi tentang perubahan keadaan kuantum mereka ditransmisikan secara instan dan terlepas dari jarak. Oleh karena itu, selain keuntungan transmisi data kuantum yang disebutkan secara tradisional (kepadatan pengkodean tinggi, kecepatan, dan perlindungan terhadap intersepsi), Zeilinger mencatat properti penting lainnya: teleportasi kuantum juga dimungkinkan ketika posisi relatif yang tepat dari penerima dan pemancar tidak diketahui. Ini sangat penting untuk sistem komunikasi satelit, karena posisi relatif node jaringan terus berubah di dalamnya.

Dalam percobaan baru menggunakan Micius, laboratorium yang terletak di ibu kota Cina dan Austria mengirimkan pesan yang dienkripsi dengan cipher Vernam satu sama lain melalui saluran terbuka terestrial. Sebagai kunci kriptografi, kami menggunakan hasil pengukuran sifat kuantum dari pasangan foton terjerat yang diterima dari satelit.

Jelas, tidak masalah untuk menerima miliaran foton di Bumi bahkan dari Matahari yang jauh. Siapa pun dapat melakukannya di hari yang cerah hanya dengan keluar dari tempat teduh. Mendaftarkan secara bersamaan sepasang foton terjerat tertentu dari satelit di dua laboratorium yang berbeda dan mengukur sifat kuantumnya adalah tugas teknis yang sangat sulit. Untuk mengatasinya, proyek QUESS menggunakan optik adaptif. Ini secara konstan mengukur tingkat distorsi yang disebabkan oleh turbulensi atmosfer bumi, dan mengkompensasinya. Selain itu, filter optik digunakan untuk memotong cahaya bulan dan cahaya kota. Tanpa mereka, ada terlalu banyak kebisingan di jalur komunikasi optik.

Setiap satelit melewati wilayah China hanya berlangsung 275 detik. Selama waktu ini, diperlukan untuk menginstal dua saluran keluar secara bersamaan darinya. Dalam rangkaian percobaan pertama - antara Delingoy dan Nanshan (jarak 1120 km). Yang kedua - antara Delingoy dan Lijiang (1203 km). Dalam kedua percobaan, pasangan foton terjerat berhasil diterima dari satelit dan saluran komunikasi aman berfungsi.

Ini dianggap sebagai terobosan karena beberapa alasan. Pertama, Micius adalah eksperimen pertama yang berhasil dalam komunikasi kuantum satelit. Sejauh ini, semua eksperimen semacam itu telah dilakukan di laboratorium berbasis darat, di mana jarak penerima dan pemancar jauh lebih kecil satu sama lain. Kedua, dalam eksperimen lain, transmisi foton terjerat membutuhkan penggunaan semacam media terisolasi. Misalnya jalur komunikasi serat optik. Ketiga, dengan komunikasi kuantum, foton tunggal ditransmisikan dan direkam melalui serat optik, dan satelit meningkatkan nilai tukar efektif.

Komunikasi kuantum di Rusia

Sejak 2014, sebuah proyek di bidang komunikasi kuantum terestrial telah diluncurkan di Rusia. Investasi di dalamnya melebihi 450 juta rubel, tetapi hasil praktisnya masih sangat sederhana. Pada 31 Mei 2016, karyawan Pusat Quantum Rusia meluncurkan jalur komunikasi kuantum domestik pertama. Dibuat berdasarkan jaringan serat optik yang ada, itu menghubungkan dua cabang Gazprombank di Moskow - di Korovy Val dan Novye Cheryomushki. Jarak antar gedung ini sekitar 30 km. Sejauh ini, jalur komunikasi kuantum Rusia berfungsi sebagai jalur eksperimental.

Sinyal dari Micius melewati atmosfer dan secara bersamaan diterima oleh dua stasiun bumi. “Jika kita menggunakan serat sepanjang 1.200 km untuk mendistribusikan pasangan foton terjerat di Bumi, maka karena kehilangan daya sinyal dengan jarak, kita hanya bisa mengirimkan satu pasang per detik. Satelit membantu mengatasi penghalang ini. Kami telah meningkatkan kecepatan distribusi hingga 12 kali lipat dibandingkan dengan teknologi sebelumnya,” kata Jian-Wei Pan.

Transmisi data kuantum melalui satelit membuka kemungkinan untuk membangun sistem komunikasi global yang terlindungi secara maksimal dari intersepsi pada tingkat prinsip fisik. “Ini adalah langkah pertama menuju komunikasi kuantum yang aman di seluruh dunia dan bahkan mungkin internet kuantum,” kata Anton Zeilinger.

Paradoks dari pencapaian ini adalah bahwa bahkan penulis proyek tidak mengetahui semua detail tentang pengoperasian sistem komunikasi kuantum. Hanya ada hipotesis kerja, verifikasi eksperimental dan perdebatan panjang tentang interpretasi yang benar dari hasil. Itu sering terjadi: pertama, beberapa fenomena ditemukan, kemudian digunakan secara aktif, dan hanya setelah waktu yang lama seseorang dapat memahami esensinya. Orang primitif tahu bagaimana membuat api, tetapi tidak satupun dari mereka mengerti proses fisika dan kimia dari pembakaran. Itu perlu untuk memahami mereka untuk membuat transisi kualitatif dari api ke mesin pembakaran internal dan mesin roket.

Teleportasi kuantum adalah hal yang benar-benar membingungkan dalam segala hal. Mari kita coba mengabstraksi dari rumus yang rumit, konsep yang tidak terlihat dan memahami dasar-dasarnya. Kenalan lama akan membantu kita dalam hal ini - lawan bicara Alice, Bob dan Malory, yang selalu menguping mereka.

Bagaimana Alice dan Bob mengitari Mallory

Dalam sistem komunikasi konvensional, Malory diberi peran sebagai "manusia di tengah". Dia tanpa terasa masuk ke saluran transmisi, memotong pesan dari Alice, membacanya, jika diinginkan, juga mengubahnya dan meneruskannya ke Bob. Bob yang naif tidak curiga. Jadi Malory mendapatkan jawabannya, melakukan apapun yang dia inginkan dengan itu, dan mengirimkannya ke Alice. Ini adalah bagaimana semua korespondensi, percakapan telepon, dan jenis komunikasi klasik lainnya dikompromikan. Dengan komunikasi kuantum, ini pada prinsipnya tidak mungkin. Mengapa?

Untuk membuat kunci kriptografi di dalamnya, Alice dan Bob pertama-tama menggunakan serangkaian pengukuran pada pasangan foton yang terjerat. Hasil pengukuran ini kemudian menjadi kunci untuk mengenkripsi dan mendekripsi pesan yang dikirim melalui saluran terbuka apa pun. Jika Malory mencegat foton yang terjerat, dia akan menghancurkan sistem kuantum dan kedua lawan bicaranya akan segera mengetahuinya. Malory secara fisik tidak akan dapat mentransmisi ulang foton yang sama, karena itu akan bertentangan dengan prinsip mekanika kuantum yang dikenal sebagai "tidak ada kloning".

Ini terjadi karena sifat-sifat dunia makro dan dunia mikro pada dasarnya berbeda. Objek makro apa pun selalu ada dalam status yang terdefinisi dengan baik. Ini selembar kertas, itu terletak. Di sini ditempatkan dalam amplop dan dikirim melalui pos udara. Kami dapat mengukur parameter apa pun dari pesan kertas kapan saja, dan ini tidak akan memengaruhi esensinya dengan cara apa pun. Itu tidak akan mengubah konten dari penimbangan, rontgen, dan tidak akan terbang lebih cepat di pancaran radar yang kami gunakan untuk mengukur kecepatan pesawat.

Untuk partikel elementer, semuanya berbeda. Mereka digambarkan sebagai keadaan probabilistik dari sistem kuantum, dan pengukuran apa pun mentransfernya ke keadaan yang ditentukan secara ketat, yaitu, mengubahnya. Pengaruh pengukuran pada hasil tidak sesuai dengan pandangan dunia yang biasa. Namun, dari sudut pandang praktis, menarik bahwa keadaan sistem kuantum yang ditransmisikan tidak dapat diketahui secara rahasia. Upaya untuk mencegat dan membaca pesan semacam itu hanya akan menghancurkannya. Oleh karena itu, diyakini bahwa komunikasi kuantum sepenuhnya menghilangkan kemungkinan serangan MitM.

Setiap partikel elementer secara teoritis cocok untuk transmisi data kuantum. Eksperimen sebelumnya dilakukan dengan elektron, proton dan bahkan ion dari logam yang berbeda. Namun, dalam praktiknya, paling nyaman menggunakan foton. Mereka mudah menyebar dan mendaftar. Sudah ada perangkat siap pakai, protokol, dan seluruh jaringan serat optik untuk transmisi data tradisional. Perbedaan antara sistem komunikasi kuantum adalah bahwa pasangan foton pra-terjerat harus ditransmisikan kepada mereka.

Bagaimana tidak terjerat dalam dua foton

Keterikatan partikel elementer menimbulkan perdebatan sengit seputar prinsip lokalitas - postulat bahwa hanya objek yang cukup dekat satu sama lain yang berpartisipasi dalam interaksi. Semua pemeriksaan eksperimental dalam mekanika klasik didasarkan pada prinsip ini. Hasil percobaan apa pun di dalamnya hanya bergantung pada benda yang berinteraksi langsung dan dapat dihitung secara akurat sebelumnya. Jumlah pengamat juga tidak mempengaruhinya. Dalam kasus mekanika kuantum, tidak ada kepastian seperti itu. Misalnya, tidak mungkin untuk mengatakan sebelumnya seperti apa polarisasi salah satu foton yang terjerat.

Einstein dengan hati-hati menyarankan bahwa sifat probabilistik dari prediksi mekanika kuantum disebabkan oleh adanya beberapa parameter tersembunyi, yaitu ketidaklengkapan deskripsi yang dangkal. Tiga puluh tahun kemudian, Bell merespons dengan menciptakan serangkaian ketidaksetaraan yang secara teoritis mampu mengkonfirmasi keberadaan variabel tersembunyi dalam eksperimen dengan partikel kuantum dengan menganalisis distribusi probabilitas dalam serangkaian eksperimen. Alain Aspe, dan kemudian peneliti lain, menunjukkan pelanggaran ketidaksetaraan Bell.

Pada tahun 2003, Tony Leggett, fisikawan teoretis dari University of Illinois, merangkum akumulasi data dan mengusulkan untuk sepenuhnya meninggalkan prinsip lokalitas dalam setiap penalaran tentang sistem kuantum. Kemudian, sekelompok ilmuwan dari Institut Fisika Teoritis Zurich dan Institut Fisika Terapan Universitas Teknik Darmstadt, yang dipimpin oleh Roger Kolbek, sampai pada kesimpulan bahwa prinsip Heisenberg juga salah untuk partikel elementer yang terjerat.

Pemikiran ulang mekanika kuantum yang konstan ini terjadi karena kita mencoba berpikir dalam istilah yang sudah dikenal di lingkungan yang tidak dikenal. Keadaan terjerat partikel dan, khususnya, foton bukanlah sifat mistik sama sekali. Itu tidak melanggar, tetapi melengkapi hukum fisika yang diketahui. Hanya saja fisikawan sendiri belum bisa menggambarkan efek yang diamati dalam teori yang konsisten.

Keterikatan kuantum telah diamati dalam eksperimen sejak tahun 1970-an. Pasangan partikel pra-terjerat yang ditempatkan pada jarak berapa pun secara instan (yaitu, lebih cepat dari kecepatan cahaya) mengubah sifat masing-masing - maka istilah "teleportasi" muncul. Misalnya, ada baiknya mengubah polarisasi satu foton, karena foton yang dipasangkan akan segera berubah sendiri. Keajaiban? Ya, jika Anda tidak ingat bahwa pada awalnya foton ini adalah satu kesatuan, dan setelah pemisahan, polarisasi dan sifat lainnya juga ternyata saling berhubungan.

Tentunya Anda ingat tentang duplikat foton: ia berinteraksi seperti partikel, tetapi merambat seperti gelombang. Untuk membuat sepasang foton terjerat, ada beberapa teknik yang berbeda, salah satunya berdasarkan sifat gelombang. Ini menghasilkan satu foton dengan panjang gelombang lebih pendek (misalnya, 512 nm), dan kemudian dibagi menjadi dua foton dengan panjang gelombang lebih panjang (1024 nm). Panjang gelombang (frekuensi) dari foton tersebut adalah sama, dan semua sifat kuantum dari pasangan dijelaskan oleh model probabilistik. “Perubahan” dalam mikrokosmos berarti “ukuran”, dan sebaliknya.

Sebuah foton partikel memiliki bilangan kuantum - misalnya, heliks (positif atau negatif). Gelombang foton memiliki polarisasi - misalnya, horizontal atau vertikal (atau melingkar kiri dan kanan - tergantung pada bidang dan arah gerak yang kita pertimbangkan).

Tidak diketahui sebelumnya apa sifat-sifat ini untuk setiap foton dari pasangan (lihat prinsip-prinsip probabilistik mekanika kuantum). Tetapi dalam kasus foton terjerat, kita dapat menyatakan bahwa mereka akan berlawanan. Oleh karena itu, jika Anda mengubah (mengukur) karakteristik satu foton dari sepasang, maka mereka akan langsung ditentukan untuk yang kedua, bahkan jika jaraknya 100.500 parsec. Penting untuk dipahami bahwa ini bukan hanya menghilangkan ketidakpastian. Inilah tepatnya perubahan sifat kuantum partikel sebagai akibat transisi dari keadaan probabilistik ke keadaan deterministik.

Kesulitan teknis utama bukanlah untuk membuat pasangan foton yang terjerat. Hampir semua sumber cahaya melahirkan mereka sepanjang waktu. Bahkan bola lampu di kamar Anda memancarkan jutaan foton yang terjerat. Namun, sulit untuk menyebutnya perangkat kuantum, karena dalam kekacauan seperti itu, keterikatan kuantum dari pasangan yang dihasilkan dengan cepat menghilang, dan interaksi yang tak terhitung mengganggu transmisi informasi yang efektif.

Dalam percobaan dengan belitan kuantum foton, sifat-sifat optik nonlinier biasanya digunakan. Misalnya, jika sepotong lithium niobate atau potongan kristal nonlinier lainnya dengan cara tertentu disinari dengan laser, maka pasangan foton dengan polarisasi saling ortogonal (yaitu, horizontal dan vertikal) akan muncul. Satu (super) pulsa laser pendek benar-benar sepasang foton. Di situlah keajaibannya!

Bonus tambahan dari transfer data kuantum

Helicity, polarisasi - semua ini adalah cara tambahan untuk mengkodekan sinyal, sehingga lebih dari satu bit informasi dapat ditransmisikan oleh satu foton. Jadi dalam sistem komunikasi kuantum, kepadatan transmisi data dan kecepatannya meningkat.

Menggunakan teleportasi kuantum untuk mengirimkan informasi masih terlalu sulit, tetapi kemajuan di bidang ini bergerak cepat. Pengalaman sukses pertama didaftarkan pada tahun 2003. Kelompok Zeilinger melakukan transmisi keadaan kuantum partikel terjerat 600 m.Pada tahun 2010, kelompok Jian-Wei Pan meningkatkan jarak ini menjadi 13 km, dan kemudian pada tahun 2012 memecahkan rekor mereka sendiri dengan merekam teleportasi kuantum yang sukses pada jarak 97 km. Pada 2012, Zeilinger membalas dendam dan meningkatkan jarak menjadi 143 km. Sekarang, dengan upaya bersama, mereka telah membuat terobosan nyata - mereka menyelesaikan transfer 1203 km.

Halo pembaca yang budiman! Selamat datang di blog!

Apa belitan kuantum dengan kata-kata sederhana? Teleportasi - apakah mungkin? Apakah kemungkinan teleportasi telah dibuktikan secara eksperimental? Apa mimpi buruk Einstein? Dalam artikel ini, Anda akan mendapatkan jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini.

pengantar

Kita sering melihat teleportasi dalam film dan buku fiksi ilmiah. Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa apa yang dibuat oleh para penulis akhirnya menjadi kenyataan kita? Bagaimana mereka bisa memprediksi masa depan? Saya tidak berpikir itu kecelakaan. Seringkali penulis fiksi ilmiah memiliki pengetahuan yang luas tentang fisika dan ilmu-ilmu lain, yang dikombinasikan dengan intuisi dan imajinasi mereka yang luar biasa, membantu mereka membangun analisis retrospektif dari masa lalu dan mensimulasikan peristiwa masa depan.

Dari artikel tersebut Anda akan belajar:

• Apa itu keterikatan kuantum?
• Perselisihan Einstein dengan Bohr. Siapa yang benar?
• Apakah teleportasi dikonfirmasi secara eksperimental?

konsep "keterikatan kuantum" muncul dari asumsi teoretis yang mengikuti persamaan mekanika kuantum. Artinya: jika 2 partikel kuantum (bisa berupa elektron, foton) ternyata saling bergantung (terjerat), maka hubungannya tetap terjaga, meskipun tersebar ke berbagai bagian Semesta

Penemuan keterikatan kuantum menjelaskan sampai batas tertentu kemungkinan teoretis teleportasi.

Singkatnya, lalu kembali partikel kuantum (elektron, foton) disebut momentum sudutnya sendiri. Spin dapat direpresentasikan sebagai vektor, dan partikel kuantum itu sendiri dapat direpresentasikan sebagai magnet mikroskopis.

Penting untuk dipahami bahwa ketika tidak ada yang mengamati kuantum, misalnya, elektron, maka ia memiliki semua nilai putaran pada saat yang sama. Konsep dasar mekanika kuantum ini disebut "superposisi".

Bayangkan bahwa elektron Anda berputar searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam pada saat yang bersamaan. Artinya, ia berada di kedua status spin sekaligus (vektor spin up/vektor spin down). Diwakili? OKE. Tetapi begitu seorang pengamat muncul dan mengukur keadaannya, elektron itu sendiri menentukan vektor putaran mana yang harus diambilnya - naik atau turun.

Ingin belajar bagaimana mengukur spin elektron? Itu ditempatkan di medan magnet: elektron dengan putaran melawan arah medan, dan dengan putaran ke arah medan, akan menyimpang ke arah yang berbeda. Putaran foton diukur dengan mengarahkannya ke filter polarisasi. Jika putaran (atau polarisasi) foton adalah "-1", maka ia tidak melewati filter, dan jika "+1", maka ia lolos.

Ringkasan. Segera setelah Anda mengukur keadaan satu elektron dan menentukan bahwa spinnya adalah "+1", maka elektron yang terikat atau "terjerat" dengannya mengambil nilai spin "-1". Dan seketika, bahkan jika itu di Mars. Meskipun sebelum mengukur keadaan elektron ke-2, ia memiliki nilai putaran keduanya secara bersamaan ("+1" dan "-1").

Paradoks ini, terbukti secara matematis, tidak menyenangkan Einstein. Karena itu bertentangan dengan penemuannya bahwa tidak ada kecepatan yang lebih besar dari kecepatan cahaya. Tetapi konsep partikel terjerat membuktikan: jika salah satu partikel terjerat ada di Bumi, dan partikel ke-2 ada di Mars, maka partikel ke-1 pada saat mengukur keadaannya secara instan (lebih cepat dari kecepatan cahaya) mentransmisikan informasi ke partikel ke-2. partikel, berapa nilai putaran yang diterimanya. Yaitu, sebaliknya.

Perselisihan Einstein dengan Bohr. Siapa yang benar?

Einstein menyebut "belitan kuantum" SPUCKHAFTE FERWIRKLUNG (Jerman) atau menakutkan, hantu, aksi supranatural di kejauhan.

Einstein tidak setuju dengan interpretasi Bohr tentang keterjeratan kuantum partikel. Karena itu bertentangan dengan teorinya bahwa informasi tidak dapat bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya. Pada tahun 1935 ia menerbitkan sebuah artikel yang menjelaskan eksperimen pemikiran. Eksperimen ini disebut "Paradoks Einstein-Podolsky-Rosen".

Einstein setuju bahwa partikel terikat bisa ada, tetapi muncul dengan penjelasan lain untuk transfer informasi seketika di antara mereka. Dia mengatakan "partikel terjerat" lebih seperti sepasang sarung tangan. Bayangkan Anda memiliki sepasang sarung tangan. Anda memasukkan yang kiri ke dalam satu koper, dan yang kanan ke dalam koper kedua. Anda mengirim koper pertama ke teman, dan koper kedua ke bulan. Ketika seorang teman menerima koper, dia akan tahu bahwa koper itu berisi sarung tangan kiri atau kanan. Ketika dia membuka koper dan melihat ada sarung tangan kiri di dalamnya, dia akan langsung tahu bahwa itu adalah sarung tangan kanan di Bulan. Dan ini tidak berarti bahwa seorang teman memengaruhi fakta bahwa sarung tangan kiri ada di dalam koper dan tidak berarti bahwa sarung tangan kiri langsung mengirimkan informasi ke yang kanan. Ini hanya berarti bahwa sifat-sifat sarung tangan itu pada awalnya sama dari saat mereka dipisahkan. Itu. partikel kuantum terjerat awalnya berisi informasi tentang negara mereka.

Jadi siapa Bohr yang benar, siapa yang percaya bahwa partikel terikat mengirimkan informasi satu sama lain secara instan, bahkan jika mereka berada dalam jarak yang sangat jauh? Atau Einstein, yang percaya bahwa tidak ada hubungan supernatural, dan segalanya telah ditentukan jauh sebelum momen pengukuran.

Perselisihan ini pindah ke ranah filsafat selama 30 tahun. Apakah perselisihan telah diselesaikan sejak saat itu?

teorema Bell. Sengketa diselesaikan?

John Clauser, saat masih menjadi mahasiswa pascasarjana di Universitas Columbia, pada tahun 1967 menemukan karya fisikawan Irlandia John Bell yang terlupakan. Itu adalah sensasi: ternyata Bell memecahkan kebuntuan antara Bohr dan Einstein. Dia mengusulkan untuk menguji kedua hipotesis secara eksperimental. Untuk melakukan ini, dia mengusulkan untuk membangun sebuah mesin yang akan membuat dan membandingkan banyak pasang partikel yang terjerat. John Clauser mulai mengembangkan mesin seperti itu. Mesinnya dapat membuat ribuan pasang partikel terjerat dan membandingkannya menurut berbagai parameter. Hasil eksperimen membuktikan Bohr benar.

Dan tak lama kemudian fisikawan Prancis Alain Aspe melakukan eksperimen, salah satunya menyangkut esensi perselisihan antara Einstein dan Bohr. Dalam eksperimen ini, pengukuran satu partikel dapat secara langsung mempengaruhi partikel lain hanya jika sinyal dari partikel ke-1 ke ke-2 melewati kecepatan yang melebihi kecepatan cahaya. Tetapi Einstein sendiri membuktikan bahwa ini tidak mungkin. Hanya ada satu penjelasan yang tersisa - hubungan supernatural yang tak dapat dijelaskan antara partikel-partikel itu.

Hasil eksperimen membuktikan bahwa asumsi teoritis mekanika kuantum benar. Keterikatan kuantum adalah kenyataan ( Wikipedia Keterikatan Kuantum). Partikel kuantum dapat terikat meskipun jaraknya sangat jauh. Pengukuran keadaan satu partikel mempengaruhi keadaan partikel ke-2 yang terletak jauh darinya, seolah-olah jarak di antara mereka tidak ada. Komunikasi supranatural di kejauhan terjadi dalam kenyataan.

Pertanyaannya tetap, apakah teleportasi mungkin?

Apakah teleportasi dikonfirmasi secara eksperimental?

Kembali pada tahun 2011, ilmuwan Jepang melakukan teleportasi foton untuk pertama kalinya di dunia! Seketika pindah dari titik A ke titik B seberkas cahaya.

Jika Anda ingin semua yang Anda baca tentang belitan kuantum diselesaikan dalam 5 menit, tonton video ini, video yang luar biasa.

Sampai jumpa lagi!

Saya berharap Anda semua proyek yang menarik dan menginspirasi!

P.S. Jika artikel ini bermanfaat dan dapat dimengerti oleh Anda, jangan lupa untuk membagikannya.

P.S. Tulis pemikiran Anda, pertanyaan di komentar. Apa pertanyaan lain tentang fisika kuantum yang Anda minati?

P.S. Berlangganan ke blog - formulir berlangganan di bawah artikel.

Maldacena menunjukkan bahwa dengan menjerat partikel pada satu label dengan partikel di label lain, koneksi lubang cacing kaleng dapat dijelaskan secara sempurna secara mekanika kuantum. Dalam konteks prinsip holografik, keterjeratan setara dengan mengikat bongkahan ruang-waktu secara fisik.

Terinspirasi oleh hubungan antara keterjeratan dan ruangwaktu ini, Van Raamsdonk bertanya-tanya seberapa besar peran keterjeratan dalam membentuk ruangwaktu. Dia mempresentasikan label terbersih pada sekaleng sup kuantum: putih, sesuai dengan disk kosong ruang anti-de-Sitter. Tetapi dia tahu bahwa, menurut dasar-dasar mekanika kuantum, ruang kosong tidak akan pernah benar-benar kosong. Itu diisi dengan pasangan partikel yang mengapung dan menghilang. Dan partikel sekilas ini terjerat.

Jadi Van Raamsdonk menggambar garis-bagi imajiner pada label holografik dan kemudian secara matematis memecahkan keterikatan kuantum antara partikel di satu setengah label dan partikel di sisi lain. Dia menemukan bahwa disk yang sesuai dari ruang anti-de Sitter mulai terbelah dua. Seolah-olah partikel yang terjerat adalah kait yang menahan jaring ruang dan waktu pada tempatnya; tanpa mereka, ruang-waktu berantakan. Saat Van Raamsdonk menurunkan tingkat keterikatan, bagian dari ruang yang terhubung ke wilayah yang terbagi menjadi lebih tipis, seperti benang karet yang terentang dari permen karet. "Itu membuatku berpikir bahwa kehadiran ruang dimulai dengan kehadiran keterjeratan."

Itu adalah pernyataan yang berani, dan butuh waktu untuk karya Van Raamsdonk, yang diterbitkan dalam Relativitas Umum dan Gravitasi pada tahun 2010, untuk mendapatkan perhatian serius. Api minat berkobar pada awal 2012, ketika empat fisikawan dari University of California di Santa Barbara menulis sebuah makalah yang menantang kebijaksanaan konvensional tentang cakrawala peristiwa, titik tidak dapat kembali dari lubang hitam.

Kebenaran yang Disembunyikan oleh Firewall

Pada 1970-an, fisikawan teoretis Stephen Hawking menunjukkan bahwa pasangan partikel terjerat - spesies yang sama yang kemudian dianalisis Van Raamsdonk di perbatasan kuantumnya - . Satu jatuh ke dalam lubang hitam, sementara yang lain lolos bersama dengan apa yang disebut radiasi Hawking. Proses ini secara bertahap merusak massa lubang hitam, yang akhirnya menyebabkan kematiannya. Tetapi jika lubang hitam menghilang, catatan segala sesuatu yang jatuh di dalamnya juga akan hilang bersamanya. Teori kuantum mengatakan bahwa informasi tidak dapat dihancurkan.

Pada 1990-an, beberapa fisikawan teoretis, termasuk Leonard Susskind dari Stanford, telah menemukan solusi untuk masalah ini. Ya, kata mereka, materi dan energi jatuh ke dalam lubang hitam. Tetapi dari sudut pandang pengamat luar, materi ini tidak pernah melintasi cakrawala peristiwa; dia tampaknya tertatih-tatih di tepinya. Akibatnya, cakrawala peristiwa menjadi batas holografik yang berisi semua informasi tentang ruang di dalam lubang hitam. Akhirnya, ketika lubang hitam menguap, informasi ini bocor dalam bentuk radiasi Hawking. Pada prinsipnya, seorang pengamat dapat mengumpulkan radiasi ini dan memulihkan semua informasi tentang bagian dalam lubang hitam.

Dalam makalah mereka tahun 2012, fisikawan Ahmed Almheiri, Donald Marolph, James Sully, dan Joseph Polchinsky menyatakan bahwa ada yang salah dengan gambar ini. Bagi seorang pengamat yang mencoba menyusun teka-teki tentang apa yang ada di dalam lubang hitam, salah satunya menunjukkan, semua potongan teka-teki yang terpisah - partikel radiasi Hawking - harus terjerat satu sama lain. Juga, setiap partikel Hawking harus terjerat dengan pasangan aslinya, yang jatuh ke dalam lubang hitam.

Sayangnya, kebingungan saja tidak cukup. Teori kuantum menyatakan bahwa agar keterikatan ada di antara semua partikel di luar lubang hitam, keterjeratan partikel-partikel ini dengan partikel di dalam lubang hitam harus dikecualikan. Selain itu, fisikawan telah menemukan bahwa memecahkan salah satu keterikatan akan menciptakan dinding energi yang tidak dapat ditembus, yang disebut firewall, di cakrawala peristiwa.

Banyak fisikawan meragukan bahwa lubang hitam benar-benar menguapkan segala sesuatu yang mencoba masuk ke dalamnya. Tetapi kemungkinan keberadaan firewall mengarah pada pemikiran yang mengganggu. Sebelumnya, fisikawan sudah memikirkan seperti apa ruang di dalam lubang hitam. Sekarang mereka tidak yakin apakah lubang hitam memiliki "bagian dalam" ini sama sekali. Semua orang tampaknya telah berdamai, catatan Preskill.

Tapi Susskind tidak mengundurkan diri. Dia menghabiskan waktu bertahun-tahun untuk membuktikan bahwa informasi tidak hilang di dalam lubang hitam; hari ini dia juga yakin bahwa ide firewall itu salah, tetapi dia belum bisa membuktikannya. Suatu hari, dia menerima surat samar dari Maldacena: "Tidak banyak isinya," kata Susskind. - Hanya ER = EPR. Maldacena, sekarang di Institute for Advanced Study di Princeton, merenungkan sup tahun 2001-nya dapat bekerja dan bertanya-tanya apakah lubang cacing dapat memecahkan gado-gado keterjeratan yang dihasilkan oleh masalah firewall. Susskind dengan cepat menangkap gagasan itu.

Dalam sebuah makalah yang diterbitkan dalam jurnal Jerman Fortschritte der Physik pada 2013, Maldacena dan Susskind menyatakan bahwa lubang cacing - secara teknis jembatan Einstein-Rosen, atau ER - adalah ekuivalen spatiotemporal dari belitan kuantum. (Di bawah EPR, pahami eksperimen Einstein-Podolsky-Rosen, yang seharusnya menghilangkan belitan kuantum mitologis). Ini berarti bahwa setiap partikel radiasi Hawking, tidak peduli seberapa jauh dari asalnya, terhubung langsung ke bagian dalam lubang hitam melalui jalur pendek melalui ruang-waktu. “Jika Anda bergerak melalui lubang cacing, hal-hal yang jauh tidak terlalu jauh,” kata Susskind.

Susskind dan Maldacena mengusulkan untuk mengumpulkan semua partikel Hawking dan mendorong mereka bersama-sama sampai mereka runtuh ke dalam lubang hitam. Lubang hitam ini akan terjerat, dan oleh karena itu dihubungkan oleh lubang cacing ke lubang hitam aslinya. Trik ini mengubah kekacauan kusut partikel Hawking - secara paradoks terjerat dengan lubang hitam dan satu sama lain - menjadi dua lubang hitam yang dihubungkan oleh lubang cacing. Kebingungan yang berlebihan teratasi dan masalah firewall selesai.

Tidak semua ilmuwan mengikuti kereta ER = EPR tram. Susskind dan Maldacena mengakui bahwa mereka masih memiliki banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk membuktikan bahwa lubang cacing dan keterjeratan adalah setara. Tetapi setelah merenungkan implikasi dari paradoks firewall, banyak fisikawan setuju bahwa ruang-waktu di dalam lubang hitam berutang keberadaannya karena keterjeratan dengan radiasi di luar. Ini adalah wawasan penting, catat Preskill, karena ini juga berarti bahwa seluruh struktur ruang-waktu di alam semesta, termasuk bagian yang kita tempati, adalah produk dari tindakan mengerikan kuantum.

komputer luar angkasa

Adalah satu hal untuk mengatakan bahwa alam semesta membangun ruang-waktu melalui keterjeratan; itu adalah hal lain untuk menunjukkan bagaimana alam semesta melakukannya. Preskill dan rekan-rekannya menangani tugas yang sulit ini, yang memutuskan untuk menganggap kosmos sebagai komputer kuantum kolosal. Selama hampir dua puluh tahun, para ilmuwan telah membangun komputer kuantum, yang menggunakan informasi yang dikodekan dalam elemen terjerat seperti foton atau sirkuit kecil untuk memecahkan masalah yang tidak bisa dilakukan komputer tradisional. Tim Preskill menggunakan pengetahuan yang diperoleh dari upaya ini untuk memprediksi bagaimana detail individu di dalam sup dapat diterjemahkan ke dalam label yang membingungkan.

Komputer kuantum beroperasi dengan mengoperasikan komponen yang berada dalam superposisi status sebagai pembawa data - mereka bisa menjadi nol dan satu pada saat yang bersamaan. Tetapi keadaan superposisi sangat rapuh. Panas berlebih, misalnya, dapat menghancurkan suatu keadaan dan semua informasi kuantum yang terkandung di dalamnya. Hilangnya informasi ini, yang Preskill menyamakan halaman robek dalam sebuah buku, tampaknya tak terelakkan.

Tetapi fisikawan merespons dengan membuat protokol untuk koreksi kesalahan kuantum. Alih-alih mengandalkan satu partikel untuk menyimpan bit kuantum, para ilmuwan membagi data menjadi beberapa partikel yang terjerat. Sebuah buku yang ditulis dalam bahasa koreksi kesalahan kuantum akan penuh dengan omong kosong, kata Preskill, tetapi semua isinya dapat dipulihkan bahkan jika setengah halamannya hilang.

Koreksi kesalahan kuantum telah menarik banyak perhatian dalam beberapa tahun terakhir, tetapi sekarang Preskill dan rekan-rekannya menduga bahwa alam telah menciptakan sistem ini sejak lama. Pada bulan Juni, dalam Journal of High Energy Physics, Preskill dan timnya menunjukkan bagaimana keterjeratan banyak partikel pada batas holografik dengan sempurna menggambarkan satu partikel yang ditarik oleh gravitasi di dalam bongkahan ruang anti-de Sitter. Maldacena mengatakan temuan ini dapat mengarah pada pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana hologram mengkodekan semua detail ruang-waktu yang mengelilinginya.

Fisikawan menyadari bahwa spekulasi mereka masih jauh untuk menyamai kenyataan. Sementara ruang anti-de Sitter menawarkan fisikawan keuntungan bekerja dengan batas yang terdefinisi dengan baik, alam semesta tidak memiliki label yang jelas pada kaleng sup. Struktur ruang-waktu kosmos telah berkembang sejak Big Bang dan terus berkembang dengan kecepatan yang meningkat. Jika Anda mengirim seberkas cahaya ke luar angkasa, itu tidak akan berbalik dan kembali; dia akan terbang. “Tidak jelas bagaimana mendefinisikan teori holografik alam semesta kita,” tulis Maldacena pada 2005. "Tidak ada tempat yang bagus untuk memasang hologram."

Namun, betapapun anehnya semua hologram, kaleng sup, dan lubang cacing ini, mereka bisa menjadi jalur menjanjikan yang mengarah pada perpaduan aktivitas seram kuantum dengan geometri ruang-waktu. Dalam pekerjaan mereka tentang lubang cacing, Einstein dan Rosen membahas kemungkinan implikasi kuantum, tetapi tidak terhubung dengan pekerjaan mereka sebelumnya tentang keterjeratan. Saat ini, hubungan ini dapat membantu menyatukan mekanika kuantum relativitas umum menjadi teori gravitasi kuantum. Berbekal teori seperti itu, fisikawan dapat memilah misteri keadaan Semesta muda, ketika materi dan energi masuk ke dalam titik yang sangat kecil di ruang angkasa.

Jika Anda belum dikejutkan oleh keajaiban fisika kuantum, maka setelah artikel ini pemikiran Anda pasti akan terbalik. Hari ini saya akan memberi tahu Anda apa itu keterikatan kuantum, tetapi dengan kata-kata sederhana, sehingga siapa pun dapat memahami apa itu.

Keterikatan sebagai koneksi magis

Setelah efek tidak biasa yang terjadi dalam mikrokosmos ditemukan, para ilmuwan sampai pada asumsi teoretis yang menarik. Ini mengikuti persis dari dasar-dasar teori kuantum.

Di masa lalu, saya berbicara tentang bagaimana elektron berperilaku sangat aneh.

Tetapi keterjeratan kuantum, partikel elementer umumnya bertentangan dengan akal sehat, melampaui pemahaman apa pun.

Jika mereka berinteraksi satu sama lain, maka setelah perpisahan, hubungan magis tetap ada di antara mereka, bahkan jika mereka dipisahkan oleh jarak yang jauh dan sewenang-wenang.

Ajaib dalam arti bahwa informasi di antara mereka ditransmisikan secara instan.

Sebagaimana diketahui dari mekanika kuantum, sebuah partikel sebelum pengukuran berada dalam superposisi, yaitu memiliki beberapa parameter sekaligus, kabur dalam ruang, dan tidak memiliki nilai spin yang pasti. Jika pengukuran dilakukan pada salah satu dari sepasang partikel yang sebelumnya berinteraksi, yaitu fungsi gelombang runtuh, maka yang kedua segera merespons pengukuran ini. Tidak peduli seberapa jauh jarak mereka. Fantasi, bukan.

Seperti diketahui dari teori relativitas Einstein, tidak ada yang bisa melebihi kecepatan cahaya. Agar informasi dapat mencapai dari satu partikel ke partikel kedua, setidaknya perlu menghabiskan waktu perjalanan cahaya. Tapi satu partikel langsung bereaksi terhadap pengukuran yang kedua. Informasi dengan kecepatan cahaya akan sampai padanya nanti. Semua ini tidak sesuai dengan akal sehat.

Jika kita membagi sepasang partikel elementer dengan parameter putaran nol yang sama, maka salah satu harus memiliki putaran negatif, dan yang kedua positif. Namun sebelum dilakukan pengukuran, nilai spin berada pada superposisi. Segera setelah kami mengukur putaran partikel pertama, kami melihat bahwa itu memiliki nilai positif, jadi segera yang kedua memperoleh putaran negatif. Sebaliknya, jika partikel pertama memperoleh nilai negatif dari putaran, maka yang kedua memperoleh nilai positif seketika.

Atau analogi seperti itu.

Kami memiliki dua bola. Yang satu hitam, yang lain putih. Kami menutupinya dengan kacamata buram, kami tidak bisa melihat yang mana. Kami ikut campur seperti dalam permainan bidal.

Jika Anda membuka satu gelas dan melihat ada bola putih, maka gelas kedua berwarna hitam. Tapi pada awalnya kita tidak tahu yang mana.

Begitu pula dengan partikel elementer. Tapi sebelum Anda melihat mereka, mereka berada di superposisi. Sebelum diukur, bola seperti tidak berwarna. Tetapi setelah menghancurkan superposisi satu bola dan melihat bahwa itu putih, bola kedua segera menjadi hitam. Dan ini terjadi seketika, apakah setidaknya ada satu bola di tanah, dan yang kedua di galaksi lain. Agar cahaya dapat menjangkau dari satu bola ke bola lain dalam kasus kami, katakanlah dibutuhkan ratusan tahun, dan bola kedua mengetahui bahwa pengukuran dilakukan pada bola kedua, saya ulangi, secara instan. Ada kebingungan di antara mereka.

Jelas bahwa Einstein, dan banyak fisikawan lainnya, tidak menerima hasil peristiwa seperti itu, yaitu belitan kuantum. Dia menganggap kesimpulan fisika kuantum tidak benar, tidak lengkap, dan berasumsi bahwa beberapa variabel tersembunyi hilang.

Sebaliknya, paradoks Einstein yang dijelaskan di atas diciptakan untuk menunjukkan bahwa kesimpulan mekanika kuantum tidak benar, karena keterjeratan bertentangan dengan akal sehat.

Paradoks ini disebut paradoks Einstein-Podolsky-Rosen, disingkat paradoks EPR.

Tetapi eksperimen dengan keterjeratan kemudian oleh A. Aspect dan ilmuwan lain menunjukkan bahwa Einstein salah. Keterikatan kuantum ada.

Dan ini bukan lagi asumsi teoretis yang muncul dari persamaan, tetapi fakta nyata dari banyak eksperimen tentang belitan kuantum. Para ilmuwan melihat ini secara langsung, dan Einstein mati tanpa mengetahui kebenarannya.

Partikel benar-benar berinteraksi secara instan, pembatasan kecepatan cahaya bukanlah halangan bagi mereka. Dunia ternyata jauh lebih menarik dan kompleks.

Dengan keterikatan kuantum, saya ulangi, ada transfer informasi seketika, koneksi magis terbentuk.

Tapi bagaimana ini bisa terjadi?

Fisika kuantum hari ini menjawab pertanyaan ini dengan cara yang elegan. Ada hubungan seketika antara partikel, bukan karena informasi ditransmisikan dengan sangat cepat, tetapi karena pada tingkat yang lebih dalam mereka tidak terpisah, tetapi masih bersama. Mereka berada dalam apa yang disebut belitan kuantum.

Artinya, keadaan kebingungan adalah keadaan sistem seperti itu, di mana, menurut beberapa parameter atau nilai, itu tidak dapat dibagi menjadi bagian-bagian yang terpisah dan sepenuhnya independen.

Misalnya, elektron setelah interaksi dapat dipisahkan oleh jarak yang jauh di ruang angkasa, tetapi putarannya tetap bersama. Oleh karena itu, selama percobaan, putaran langsung sesuai satu sama lain.

Apakah Anda mengerti ke mana ini mengarah?

Pengetahuan saat ini tentang fisika kuantum modern yang didasarkan pada teori dekoherensi bermuara pada satu hal.

Ada realitas yang lebih dalam dan tidak termanifestasi. Dan apa yang kita amati sebagai dunia klasik yang akrab hanyalah sebagian kecil, kasus khusus dari realitas kuantum yang lebih mendasar.

Itu tidak mengandung ruang, waktu, parameter partikel apa pun, tetapi hanya informasi tentang mereka, kemungkinan potensi manifestasinya.

Fakta inilah yang secara elegan dan sederhana menjelaskan mengapa keruntuhan fungsi gelombang, yang dibahas dalam artikel sebelumnya, belitan kuantum dan keajaiban mikrokosmos lainnya terjadi.

Hari ini, ketika berbicara tentang belitan kuantum, mereka mengingat dunia lain.

Artinya, pada tingkat yang lebih mendasar, partikel elementer tidak terwujud. Itu terletak secara bersamaan di beberapa titik di ruang angkasa, memiliki beberapa nilai putaran.

Kemudian, menurut beberapa parameter, itu dapat memanifestasikan dirinya di dunia klasik kita selama pengukuran. Dalam percobaan yang dibahas di atas, dua partikel sudah memiliki nilai spesifik untuk koordinat ruang, tetapi putarannya masih dalam realitas kuantum, tidak terwujud. Tidak ada ruang dan waktu, sehingga putaran partikel terkunci bersama, meskipun jaraknya sangat jauh.

Dan ketika kita melihat putaran apa yang dimiliki partikel, yaitu, kita melakukan pengukuran, kita semacam menarik putaran realitas kuantum ke dunia biasa kita. Dan bagi kita tampaknya partikel bertukar informasi secara instan. Hanya saja mereka masih bersama dalam satu parameter, meski berjauhan. Perpisahan mereka sebenarnya adalah ilusi.

Semua ini tampak aneh, tidak biasa, tetapi fakta ini sudah dikonfirmasi oleh banyak eksperimen. Komputer kuantum didasarkan pada keterikatan magis.

Kenyataannya ternyata jauh lebih kompleks dan menarik.

Prinsip keterjeratan kuantum tidak cocok dengan pandangan kita yang biasa tentang dunia.

Beginilah cara fisikawan-ilmuwan D.Bohm menjelaskan keterjeratan kuantum.

Katakanlah kita sedang menonton ikan di akuarium. Namun karena beberapa batasan, kita tidak dapat melihat akuarium sebagaimana adanya, tetapi hanya pada proyeksinya, yang difilmkan oleh dua kamera di depan dan di samping. Artinya, kita menonton ikan, melihat dua televisi. Ikan tampak berbeda bagi kami, karena kami memotretnya dengan satu kamera di depan, yang lain di profil. Namun ajaibnya, gerakan mereka jelas konsisten. Begitu ikan dari layar pertama berubah, yang kedua langsung juga berubah. Kami terkejut, tidak menyadari bahwa ini adalah ikan yang sama.

Jadi dalam eksperimen kuantum dengan dua partikel. Karena keterbatasannya, tampak bagi kita bahwa putaran dua partikel yang sebelumnya berinteraksi adalah independen satu sama lain, karena sekarang partikel-partikel tersebut saling berjauhan. Namun dalam kenyataannya mereka masih bersama, tetapi dalam realitas kuantum, dalam sumber non-lokal. Kami hanya tidak melihat realitas sebagaimana adanya, tetapi dengan distorsi, dalam kerangka fisika klasik.

Teleportasi kuantum dalam istilah sederhana

Ketika para ilmuwan mempelajari tentang keterjeratan kuantum dan transfer informasi seketika, banyak yang bertanya-tanya: apakah teleportasi mungkin?

Ternyata sangat mungkin.

Sudah ada banyak eksperimen tentang teleportasi.

Inti dari metode ini dapat dengan mudah dipahami jika Anda memahami prinsip umum keterjeratan.

Ada sebuah partikel, misalnya, sebuah elektron A dan dua pasang elektron terjerat B dan C. Elektron A dan pasangan B, C berada pada titik yang berbeda dalam ruang, tidak peduli seberapa jauh. Dan sekarang mari kita ubah partikel A dan B menjadi belitan kuantum, yaitu, mari gabungkan mereka. Sekarang C menjadi sama persis dengan A, karena keadaan umumnya tidak berubah. Artinya, partikel A, seolah-olah, diteleportasi ke partikel C.

Hari ini, eksperimen yang lebih kompleks pada teleportasi telah dilakukan.

Tentu saja, sejauh ini semua eksperimen dilakukan hanya dengan partikel elementer. Tapi Anda harus mengakui, itu luar biasa. Bagaimanapun, kita semua terdiri dari partikel yang sama, para ilmuwan mengatakan bahwa teleportasi objek makro secara teoritis tidak berbeda. Anda hanya perlu menyelesaikan banyak masalah teknis, dan ini hanya masalah waktu. Mungkin, dalam perkembangannya, umat manusia akan mencapai kemampuan untuk menteleportasi objek besar, dan bahkan orang itu sendiri.

realitas kuantum

Keterjeratan kuantum adalah integritas, kontinuitas, kesatuan pada tingkat yang lebih dalam.

Jika, menurut beberapa parameter, partikel berada dalam belitan kuantum, maka menurut parameter ini, mereka tidak dapat dibagi menjadi bagian-bagian yang terpisah. Mereka saling bergantung. Sifat-sifat seperti itu hanya fantastis dari sudut pandang dunia yang akrab, transenden, bisa dikatakan dunia lain dan transenden. Tapi ini adalah fakta yang tidak bisa dihindari. Saatnya untuk mengakuinya.

Tapi kemana semua ini mengarah?

Ternyata banyak ajaran spiritual umat manusia telah lama berbicara tentang keadaan ini.

Dunia yang kita lihat, yang terdiri dari objek-objek material, bukanlah dasar dari realitas, tetapi hanya sebagian kecil darinya dan bukan yang terpenting. Ada realitas transenden yang mengatur, menentukan segala sesuatu yang terjadi pada dunia kita, dan oleh karena itu pada kita.

Di sanalah jawaban nyata atas pertanyaan abadi tentang makna hidup, perkembangan sejati seseorang, menemukan kebahagiaan dan kesehatan terletak.

Dan ini bukan kata-kata kosong.

Semua ini mengarah pada pemikiran ulang tentang nilai-nilai kehidupan, pemahaman bahwa, selain pengejaran kekayaan materi yang tidak masuk akal, ada sesuatu yang lebih penting dan lebih tinggi. Dan kenyataan ini tidak berada di suatu tempat di luar sana, ia mengelilingi kita di mana-mana, ia meresapi kita, seperti yang mereka katakan, "di ujung jari kita."

Tapi mari kita bahas di artikel selanjutnya.

Sekarang tonton video tentang belitan kuantum.

Kita bergerak dengan mulus dari keterikatan kuantum ke teori. Lebih lanjut tentang ini di artikel berikutnya.