Zmierzyli czas powstawania splątania kwantowego. Trudne do wyobrażenia

Otaczający nas świat wydaje się przewidywalny i intuicyjny. Temu samemu złudzeniu poddają się miliardy ludzi na powierzchni naszej planety. Co do zasady, jest to prawda, ale tylko z tym zastrzeżeniem, że ograniczamy się do skali, w której na co dzień operujemy. Gdy przechodzimy jednak do skali wszechświata, albo do skali mikroskopijnej, nic już nie jest takie samo. Chyba najlepszym dowodem na to jest zjawisko splątania kwantowego.
Zmierzyli czas powstawania splątania kwantowego. Trudne do wyobrażenia

Co do zasady o splątaniu kwantowym mówimy, kiedy dwie cząstki łączą się ze sobą w taki sposób, że zmiana stanu jednej z nich powoduje natychmiastową zmianę drugiej, niezależnie od tego, czy znajdują się one obok siebie, czy na dwóch krańcach wszechświata. Albert Einstein mówił o tym tajemniczym zjawisku „upiorne oddziaływanie na odległość”.

Mimo tego, że splątanie kwantowe wymyka się intuicji (jak wiele aspektów fizyki kwantowej), to naukowcy wykorzystują je w swoich eksperymentach. Teraz zespół badaczy z Uniwersytetu Technicznego w Wiedniu postanowił wykorzystać symulacje komputerowe do zbadania, w jakim czasie zachodzi sam proces plątania kwantowego dwóch cząstek.

Czytaj także: Splątanie kwantowe na wyciągnięcie ręki. Zaprojektowane urządzenie jest niewyobrażalnie cienkie

W tym celu konieczne było opracowanie modelu tego, w jaki sposób impulsy laserowe uderzające w atomy, są w stanie zmieniać zachowanie krążących wokół jądra atomowego elektronów.

Jak się okazuje, w ten sposób udało się poczynić duże kroki na drodze do zrozumienia fenomenu splątania kwantowego. Nie było to zadanie łatwe, bowiem zejście do poziomu pojedynczych atomów i elektronów wymaga od badaczy zejścia także do reżimu attosekund, czyli niewiarygodnie krótkich przedziałów czasu.

Wystarczy tutaj dodać, że attosekunda to zaledwie jedna miliardowa część miliardowej części sekundy.

To właśnie w tej skali możemy obserwować, jak impuls laserowy jest w stanie sprawić, że jeden elektron wyrywany jest z atomu, a inny pochłania energię i przeskakuje na wyższy poziom energetyczny. W takim przypadku oba elektrony stają się splątane kwantowo ze sobą. W efekcie stają się one swego rodzaju całością, ale składającą się z dwóch komponentów rozdzielonych przestrzennie. Analizując stan jednego, dowiadujemy się automatycznie jaki jest stan drugiego z nich.

Czytaj także: Splątanie kwantowe ma niespodziewaną cechę. Zaskakujący związek potwierdziły ostatnie eksperymenty

Jeżeli to trudno sobie wyobrazić, to naukowcy mają w zanadrzu coś jeszcze ciekawszego. W toku badań udało się bowiem ustalić moment narodzin elektronu uciekającego z atomu w wyniku działania impulsu laserowego. Okazało się jednak, że nie jest to jakiś określony moment, bowiem ów elektron zasadniczo istnieje w różnych momentach jednocześnie. Inaczej mówiąc, czas narodzin elektronu nie jest znany. Mamy tutaj bowiem do czynienia z superpozycją różnych stanów, w których elektron opuścił atom jednocześnie wcześniej i później. Odbija się to jednak na elektronie pozostającym w atomie. Jeżeli jego energia jest wyższa, uciekający elektron opuścił atom wcześniej, jeżeli niższa — później.

Warto tutaj pamiętać, że jak na razie mamy do czynienia jedynie z symulacjami. Badacze jednak wskazują, że można je odtworzyć eksperymentalnie i wykonać pomiary, które owe symulacje potwierdzą. Taki właśnie jest plan na kolejne projekty badawcze.