Οι φυσικοί δείχνουν ότι τα ζεύγη ιόντων εκτελούν βελτιωμένη «τρομακτική δράση»

Σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Physics, μια ομάδα φυσικών με επικεφαλής τον Dr. Norbert Schuch του Πανεπιστημίου της Βιέννης αποδεικνύει πειραματικά ενισχυμένη μη υποφυγή, επίσης γνωστή ως "τρομακτική δράση σε απόσταση", μεταξύ δύο ατομικών ιόντων. Αυτή η παρατήρηση προσφέρει νέες γνώσεις σχετικά με τη θεμελιώδη φύση της κβαντικής μηχανικής και έχει επιπτώσεις στην επεξεργασία και την επικοινωνία των κβαντικών πληροφοριών.

Η κβαντική εμπλοκή είναι ένα φαινόμενο όπου συσχετίζονται δύο ή περισσότερα σωματίδια με τέτοιο τρόπο ώστε τα κράτη τους να συνδέονται, ανεξάρτητα από την απόσταση μεταξύ τους. Αυτή η μη κλασσική συμπεριφορά, που προβλέπεται από την κβαντική μηχανική, αψηφεί την κλασσική μας διαίσθηση και αποτέλεσε αντικείμενο έντονης έρευνας και συζήτησης.

Στο πείραμά τους, οι φυσικοί χρησιμοποίησαν ένα ζευγάρι ιόντων Ytterbium παγιδευμένα σε ένα οπτικό πλέγμα. Με τον προσεκτικό έλεγχο των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ιόντων και την εφαρμογή προσαρμοσμένων παλμών λέιζερ, ήταν σε θέση να δημιουργήσουν μια συγκεκριμένη κατάσταση εμπλακεί γνωστή ως "μέγιστη μπελοτέλεια". Σε αυτή την κατάσταση, οι περιστροφές των δύο ιόντων συσχετίζονται με μέγιστη συσχέτιση, πράγμα που σημαίνει ότι είναι είτε επάνω είτε και τα δύο κάτω, με ίση πιθανότητα.

Οι ερευνητές μέτρησαν έπειτα τους συσχετισμούς μεταξύ των περιστροφών των ιόντων χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται κβαντική τομογραφία κατάστασης. Αυτό τους επέτρεψε να ανακατασκευάσουν την κβαντική κατάσταση του συστήματος και να ποσοτικοποιήσουν τον βαθμό εμπλοκής. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η εμπλοκή μεταξύ των ιόντων ενισχύθηκε πράγματι σε σύγκριση με άλλα εμπλεγμένα κράτη.

Η ενισχυμένη μη καταφύγια που παρατηρείται στο πείραμα προκύπτει λόγω των συγκεκριμένων ιδιοτήτων της κατάστασης του Bell Bell. Σε αυτή την κατάσταση, οι περιστροφές των ιόντων συσχετίζονται απόλυτα και κάθε τοπική μέτρηση που εκτελείται σε ένα ιόν επηρεάζει αμέσως το άλλο, ανεξάρτητα από την απόσταση μεταξύ τους. Αυτή η συμπεριφορά δεν μπορεί να εξηγηθεί από την κλασσική φυσική και υπογραμμίζει τα μοναδικά χαρακτηριστικά της κβαντικής μηχανικής.

Η επίδειξη ενισχυμένης μη υποφυσίας σε ζεύγη ιόντων έχει αρκετές επιπτώσεις. Παρέχει μια βαθύτερη κατανόηση των θεμελιωδών αρχών της κβαντικής μηχανικής και της φύσης της εμπλοκής. Επιπλέον, θα μπορούσε να έχει πρακτικές εφαρμογές στην επεξεργασία και την επικοινωνία των κβαντικών πληροφοριών. Για παράδειγμα, η ενισχυμένη εμπλοκή μεταξύ των ιόντων θα μπορούσε να εκμεταλλευτεί για ασφαλή πρωτόκολλα κβαντικής επικοινωνίας ή κβαντική τηλεμεταφορά, όπου μεταφέρονται κβαντικές πληροφορίες μεταξύ μακρινών θέσεων.

Η μελέτη αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό ορόσημο στον τομέα της κβαντικής φυσικής, επαληθεύοντας πειραματικά την ενισχυμένη μη υποφυγή που προβλέπεται από την κβαντική μηχανική. Ανοίγει νέες οδούς για την εξερεύνηση των ορίων των κβαντικών συσχετισμών και των πιθανών εφαρμογών τους στις κβαντικές τεχνολογίες.