Με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2022 τιμήθηκαν ο Γάλλος φυσικός Alain Aspect, ο Αμερικανός John Clauser και ο Αυστριακός Anton Zeilinger για τις πρωτοποριακές εργασίες τους σχετικά με “την κβαντική διεμπλοκή”
Τι είναι όμως η Κβαντική διεμπλοκή;
Η κβαντική διεμπλοκή είναι το φαινόμενο κατά το οποίο, δύο σωματίδια ή ομάδες σωματιδίων που δημιουργούνται μαζί ή αλληλεπιδρούν, μένουν σε κατάσταση διεμπλοκής μεταξύ τους, ασχέτως της απόστασης του ενός από το άλλο, ακόμα κι αν αυτά απέχουν έτη φωτός μακριά.
Σύμφωνα με τις βασικές αρχές της Κβαντομηχανικής κάθε φυσικό σύστημα σωμάτων που αλληλεπιδρά, εκφράζεται μεσω της κυματοσυνάρτησης.
Ωστόσο το υπό μελέτη σύστημα, πριν το μετρήσουμε, βρίσκεται σε μια κατάσταση κβαντικής υπέρθεσης (quantum superposition),
όπου οι κβαντικές ιδιότητες ενός αντικειμένου καταλαμβάνουν πολλαπλές καταστάσεις ταυτόχρονα. Δεν γνωρίζουμε δηλαδή σε τι κατάσταση βρίσκεται, ούτε καν πού κι αν είναι κάπου, η πραγματικότητά του είναι ασαφής και απροσδιόριστη γιατί βρίσκεται ταυτόχρονα σε όλες τις πιθανές καταστάσεις του.
Σύμφωνα με τη θεωρία της κβαντικής διεμπλοκής, ακόμη και αν τα διαπλεκόμενα σωματίδια διαχωρίζονται, οι αβέβαιες κβαντικές τους καταστάσεις θα πρέπει να παραμείνουν συνδεδεμένες μέχρι να μετρηθεί ή να διαταραχθεί ένα από αυτά. Τότε η μέτρηση αυτή προσδιορίζει άμεσα την κατάσταση και του άλλου αντικειμένου, ανεξάρτητα από το πόσο μακριά είναι!
Τη στιγμή της μέτρησης συμβαίνει η κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης, το σύστημα δηλαδή “αιχμαλωτίζεται” από τη μέτρησή μας κι εκείνη τη στιγμή μας αποκαλύπτει τη φύση και την ταυτότητά του.
Η κβαντική διεμπλοκή είναι ένα παράδοξο κβαντικό φαινόμενο, το οποίο ο Einstein είχε χαρακτηρίσει “στοιχειωμένη δράση από απόσταση” (spooky action at a distance) αφού οι κινήσεις και γενικότερα οι ιδιότητες δύο σωματιδίων ή αντικειμένων αλληλοεπηρεάζονται ακαριαία. Βασικό επιχείρημά του Einstein ήταν ότι παραβιάζεται έτσι η θεωρία της Σχετικότητας.
Πίστευε ότι τα διαπλεγμένα σωματίδια περέλαβαν πληροφορίες το ένα από το άλλο τη στιγμή που διαπλέχθηκαν και παρέμειναν στα σωματίδια ήδη από την αρχή, κωδικοποιημένες.
Στο επίκεντρο της διαμάχης του Einstein με τον υποστηρικτή και συνιδρυτή της κβαντικής θεωρίας Niels Bohr ήταν το παράδοξο EPR.
Το 1935 ο Albert Einstein και οι συνεργάτες του Boris Podolski και Nathan Rosen κατασκεύασαν ένα νοητικό πείραμα πάνω στο φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής, το οποίο είναι γνωστό σαν “παράδοξο EPR” από τα αρχικά των ονομάτων τους.
Στόχος τους ήταν να αποδείξουν ότι Κβαντική είναι μια ελλιπής θεωρία, ενώ η ρεαλιστική θεώρηση είναι η μόνη συνεπής.
Το πείραμα πρωτοδημοσιεύθηκε στο γερμανικό επιστημονικό περιοδικό Physical Rewiew. Σαν τίτλο του άρθρου της δημοσίευσης υπέβαλαν την ερώτηση: «Μπορεί η κβαντομηχανική περιγραφή της φυσικής πραγματικότητας να θεωρηθεί πλήρης; Και απαντούσαν: «όχι δεν μπορεί».
Το ίδιο έτος o Erwin Schrödinger ανταπαντά στην εργασία αυτή σε τρία άρθρα, στο γερμανικό περιοδικό Naturwissenschaften,
επινοεί τον όρο “κβαντική διεμπλοκή” και αναπτύσσει το περίφημο νοητικό πείραμα του “η γάτα του Schrödinger” .
Μετά το παράδοξο EPR, οι πολέμιοι της Κβαντομηχανικής επέμειναν ότι είναι περισσότερο από ποτέ αναγκαία μια θεωρία κρυμμένων μεταβλητών, οι οποίες κωδικοποιούνται μέσα στα διαπλεκόμενα σωματίδια. Αυτή η θεωρία υποστήριζαν ότι μπορεί να λύσει τόσο το πρόβλημα των κβαντικών πιθανοτήτων όσο και το πρόβλημα της μη τοπικότητας.
Το 1964 ο βορειοϊρλανδός φυσικός John Stewart Bell διατύπωσε ένα θεώρημα, βασισμένο στο νοητικό πείραμα EPR, το οποίο θεωρείται μια από τις πιο θεμελιώδεις ανακαλύψεις του αιώνα.
Το 1969 ο Bell, απέδειξε ότι καμία θεωρία κρυμμένων μεταβλητών, που διατηρεί τις παραδοχές της τοπικότητας και του ντετερμινισμού, δεν μπορεί να πετύχει τις προβλέψεις της κβαντικής φυσικής.
Στο νοητικό πείραμα του Bell, υπήρχε μια ανισότητα που αν παραβιάζονταν, τότε αυτό σημαίνει ότι δεν μπορεί να ισχύει καμία θεωρία κρυμμένων μεταβλητών που διατηρεί την τοπικότητα.
Η κβαντομηχανική μπορεί να παραβιάσει αυτή την ανισότητα, αφού προβλέπει υψηλότερες τιμές μεταξύ των αποτελεσμάτων από ό,τι προβλέπεται μέσω της θεωρίας των κρυμμένων μεταβλητών.
Από τα πρώτα πειράματα που ξεκίνησαν την δεκαετία του 1970 και μετά από πολλαπλά πειράματα τις επόμενες δεκαετίες, κατάφεραν να φέρουν την κβαντομηχανική πιο κοντά στην πραγματικότητα και να αποδείξουν το λάθος του Einstein.
………………………………………….
Οι φετινοί βραβευθέντες με το βραβείο Νόμπελ φυσικής Alain Aspect, ο Anton Zeilinger και ο John Clauser, έχουν εξερευνήσει τις εμπλεκόμενες κβαντικές καταστάσεις και τα πειράματά τους έθεσαν τα θεμέλια της επανάστασης, που βρίσκεται σε εξέλιξη αυτή τη στιγμή στην κβαντική τεχνολογία.
Ένα σημαντικό μέρος της έρευνας, που βραβεύτηκε με το φετεινό Νόμπελ Φυσικής, είναι η θεωρητική γνώση στις “ανισότητες Bell“.
Συγκεκριμένα ο Alain Aspect και η ομάδα του ήταν από τους πρώτους που μπόρεσαν να ελέγξουν τη θεωρία του Bell σε εργαστήριο.
Οι άλλοι νομπελίστες φυσικής, ο Αυστριακός Anton Zeilinger και ο Αμερικανός John Clauser, δοκίμασαν επίσης τη θεωρία του Bell, αποκλείοντας κενά και βοηθώντας να ανοίξει ο δρόμος γι αυτό που έχει ονομαστεί “δεύτερη κβαντική επανάσταση”.
Οι ανακαλύψεις του Zeilinger, που ονομάστηκε “κβαντικός πάπας”, έδειξαν τη δυνατότητα χρήσης της κβαντικής διεμπλοκής στην κρυπτογράφηση, την κβαντική τηλεμεταφορά και άλλα.
Ο πιο σημαντικός πόρος της κβαντικής μηχανικής, οι εμπλεκόμενες κβαντικές καταστάσεις, οδηγούν σε νέους τρόπους αποθήκευσης, μεταφοράς και επεξεργασίας πληροφοριών.
Εντατική έρευνα και ανάπτυξη βρίσκονται σε εξέλιξη για τη χρήση των ειδικών ιδιοτήτων μεμονωμένων συστημάτων σωματιδίων για την κατασκευή κβαντικών υπολογιστών, τη βελτίωση των μετρήσεων, τη δημιουργία κβαντικών δικτύων και τη δημιουργία ασφαλούς κβαντικής κρυπτογραφημένης επικοινωνίας.
➡️ Περισσότερες πληροφορίες για την κβαντική διεμπλοκή και για τα πειράματα που έχουν γίνει από τη δεκαετία του 1970 μέχρι σήμερα στο άρθρο, εδώ:
