Az Ottawai Egyetem és a római Sapienza Egyetem kutatói úttörő módszerrel ábrázolták valós időben az összefonódó fotonok hullámfüggvényét. Az összefonódás a kutatók szemléletes példája alapján hasonlít egy cipő véletlenszerű kiválasztásához, ahol az egyik cipő azonosítása azonnal meghatározza a teljes pár természetét. A kvantummechanikában kulcsfontosságú hullámfüggvény bemutatja a részecske kvantumállapotát, lehetővé téve az olyan attribútumok előrejelzését, mint a helyzet és a sebesség. Idáig azonban a kvantumtomográfia számos mérést tett szükségessé, és időigényes volt, különösen összetett rendszerek esetében.

Az Ebrahim Karimi által vezetett csapat digitális holográfiát alkalmazott az összefonódott fotonállapotok rekonstruálására – amihez egy rendkívül fejlett nanoszekundumos felbontású kamerát használtak. Ez az innovatív megközelítés exponenciális sebességnövekedést kínál a korábbi technikákhoz képest, mivel teljes napok helyett mindössze perceket vesz igénybe, és nincs rá hatással a rendszer bonyolultsága sem – mindez tehát önmagában jelentős áttörés a projektív tomográfia skálázhatósága kapcsán. A most felfedezett technológiai áttörés következményei széleskörűek: lényegében komolyan hozzájárulhat a legtöbb kvantumalapú technológia fejlődéséhez.

A sajtóközleményben tehát az összefonódást a cipők példájával mutatják be, de korábban mi is írtunk egy szemléletes hasonlatról, amely ikerpárok segítségével szemléltette ezt a kvantum jelenséget. A cikkből kiderül egyébként az is, hogy mire járt tavaly a fizikai Nobel-díj, és ennek odaítélése miért volt fontos:

Ebből a hasonlatból könnyen megérthetjük, mire járt az idei fizikai Nobel, és hogy az univerzum a köznapi értelemben miért nem valóságos Idén lényegében azért járt a fizikai Nobel, hogy bebizonyították, hogy a mindenség nem valóságos a szó köznapi értelmében – de mit jelent mindez? Segítségünkre siet egy ikerpár és egy háromperces videó, amiből megérthetjük mindezt.

A mostani eljárás lényege, hogy akár a félpár cipőt, akár az ikerpár egyik tagját vesszük alapul, a véletlenszerűen kiválasztott darab azonnal felfedi a pár másik felének is természetét, méghozzá a köztük lévő távolságtól teljesen független módon. A felfedezés lényege a hullámfüggvény koncepciójában rejlik, amely a kvantummechanika sarokköve, és átfogó betekintést nyújt a részecskék kvantumállapotába.

Amennyiben maradunk a cipőnél, úgy ez a hullámfüggvény különböző attribútumokat foglal magában, például színt, méretet és hasonló jellemzőket. A hullámfüggvényre alapuló prediktív képesség felbecsülhetetlen minden kvantumalapú technológiában, különösen a kvantum-számítástechnikában, ahol az összetett rendszerek kvantumállapotának megértése döntő fontosságú a számítógép teljesítményének a teszteléséhez.

Azonban a bonyolult kvantumrendszerek hullámfüggvényének meghatározása, amelyet kvantumállapot-tomográfiának neveznek, óriási kihívásokat jelent. A hagyományos módszerek nagyszámú mérést igényelnek, és a komplexitás tovább súlyosbítja a problémát. A korábbi kísérletek alapján két összefonódott foton kvantumállapotának jellemzése órákig, sőt napokig is tarthat.

A kutatók most a digitális holográfia módszerével próbálták orvosolni ezeket a nehézségeket. Ez a technika magában foglalja az egyidejűleg érkező fotonok véletlenszerű képeinek elemzését, amelyet nagy felbontású kamerával készítenek. Az így létrejövő interferencia minta különböző információkat árul el az addig ismeretlen hullámfüggvényről, és ez a módszer exponenciálisan gyorsabbnak bizonyult, mint az elődei – napok helyett mindössze perceket vagy másodperceket vett csak igénybe. Ráadásul tehát a kvantumrendszer összetettsége sem befolyásolta a detektálási időt, leküzdve a kvantumtomográfia legjelentősebb korlátját.

Mint látható, a kísérletben a jin és jang szimbólumot használták, ami az ellentétek közötti egyensúlyt és harmóniát képviseli a kínai filozófiában. A szimbolika mellett azért erre a mintára esett a választás, mert felismerhető és kontrasztos jellemzői vannak, így könnyebben megkülönböztethető a kísérlet mérései és rekonstrukciója során.

Mindez pedig tehát nem csak a pőre tudomány miatt fontos, de forradalmasíthatja a kvantum alapú technológiák több területét is – például a kommunikációs és képalkotási eljárásokat.