A kvantummechanika a legmerészebb kísérleteknek ad teret: legutóbb például a kutatók olyan fotonokat hoztak létre, amelyek egyidejűleg 37 dimenzióban léteznek. A kísérlet egy ismert kvantumparadoxon extrém változatának vizsgálatára irányul – írja a New Scientist.

„A kísérletünk azt bizonyítja, hogy a kvantumfizika még mindig nem vált klasszikussá – sokkal kevésbé, mint azt sokan várták. Több mint egy évszázaddal a felfedezése után ugyanis úgy tűnik, hogy még mindig csak a felszínt kapargatjuk”

– mondja Zhenghao Liu, a Dán Műszaki Egyetem kutatója.

A csapat a Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ) paradoxonra összpontosított, amely évtizedek óta foglalkoztatja a fizikusokat. Ez a paradoxon a kvantumösszefonódás sajátos természetére világít rá – a kvantumösszefonódás röviden egy olyan jelenség, amelyben a részecskék titokzatos módon összekapcsolódnak egymással, függetlenül attól, milyen távol vannak egymástól. A GHZ-paradoxon legegyszerűbb formájában három összefonódott részecskét mutat be, amelyek viselkedése ellentmond a klasszikus logikának.

Matematikai bizonyítékok és kísérletek kimutatták, hogy ha a kvantumrészecskék kizárólag lokális kölcsönhatások révén befolyásolhatnák egymást – azaz nem létezne az összefonódás, mint „kísérteties távoli hatás” –, az logikai ellentmondásokhoz vezetne. Konkrétan olyan lehetetlen egyenletek jönnének létre, mint például az, hogy 1 egyenlő -1-gyel. Az 1990-es években a kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy az egyetlen megoldás ezen ellentmondások feloldására az, ha elfogadjuk a kvantumösszefonódás létét.

Liu és csapata ezt a paradoxont egy új megközelítéssel vizsgálta: olyan fotonállapotokat hoztak létre, amelyek a lehető legtávolabb állnak a klasszikus fizikai viselkedéstől. Elméleti modelljeik szerint ennek megvalósításához a fotonoknak egy rendkívül összetett kvantumállapotban kell létezniük, amely egy 37 dimenziós térnek felel meg. Ahogyan egy tárgy helyzetét három térbeli és egy időbeli dimenzió határozza meg, úgy ezek a fotonállapotok 37 független paraméterrel írhatók le.

A koncepció teszteléséhez a kutatók a GHZ-paradoxon egy többdimenziós változatát vizsgálták, amelyet rendkívül koherens fényimpulzusokká alakítottak – vagyis olyan fénnyé, amely precíz hullámhosszú és tökéletesen egyenletes színű. Ezeket az impulzusokat fejlett technológiák segítségével manipulálták, hogy minden eddiginél részletesebben megfigyelhessék a kvantumhatásokat.

„A kísérletünk matematikai alapjai pontosan megegyeznek a kvantummechanika törvényeivel, így lehetővé válik, hogy a leginkább nem klasszikus hatásokat tanulmányozzuk”

– magyarázta Liu, miközben azt is kiemelte, hogy az ilyen eredmények eléréséhez rendkívül stabil és precízen hangolt berendezésekre van szükség.

Otfried Gühne, a németországi Siegeni Egyetem kutatója úgy jellemezte ezt a munkát, mint „örökkévaló jelentőségű”, ami arra utal, hogy a felfedezés hatása akár évszázadokig is érezhető lehet. A kvantummechanikán túl az eredmények a kvantumszámítás jövőjét is formálhatják, mivel lehetőséget teremtenek arra, hogy komplex kvantumállapotok segítségével gyorsabb számításokat végezzünk. Liu és csapata ezt a területet a jövőben épp ezért tovább kívánja vizsgálni.

(A cikkhez használt kép illusztráció, forrása: Pixabay/geralt)