Получено наиболее точное доказательство "призрачного действия на расстоянии"

Соответствующий опыт, поставленный группой ученых из Университета Женевы, относится к так называемым экспериментам Белла - имеющим доказанную надежность экспериментам по проверке существования связанных квантовых состояний.

Физической науке пока неизвестны способы, которым разделенные пространственно связанные частицы могли бы передавать друг другу информацию о своем квантовом состоянии. Однако, если даже такой способ существует, то, согласно принципу No-go, скорость передачи данных при его реализации не может быть больше скорости света.

Отличие настоящего эксперимента Белла от всех проведенных ранее - исключение возможности подобной передачи. Можно сказать, что ученым впервые удалось получить строгое доказательство "призрачного действия на расстоянии", так как корреляция квантовых состояний каждой частицы доказано проявлялась без каких-либо взаимодействий со своей парой.

В своей работе швейцарец Николас Гисин (Nicolas Gisin) с коллегами использовали идею британского физика Роджера Пенроуза о том, что коллапс - распад суперпозиции в одно из квантовых состояний, - связан с "гравитационной энергией" системы. Чем больше эта энергия, тем быстрее происходит коллапс.

До сих пор физики продолжают спорить, что следует считать моментом квантового измерения - регистрацию квантовых изменений в классической системе, необратимую утечку информации о квантовой системе во внешнюю среду, или что-либо другое. Основываясь на идеях Пенроуза, швейцарские исследователи привязали момент квантовых измерений к "гравитационному" коллапсу.

Они приняли следующий интуитивно непонятный и не применяемый ранее в тестах Белла принцип: измерение квантового состояния считается произведенным при перемещении объекта с достаточно большой массой, которое связано с коллапсом волновой функции (в данном эксперименте таким объектом было зеркало).

Как сообщила пресс-служба Университета Женевы, исследователи посылали запутанные фотоны из одного источника в двух различных направлениях по стандартным волоконно-оптическим каналам связи длиной 17,5 км каждый. Фотоны направляли из Женевы к двум принимающим станциям в двух швейцарских деревнях, находящихся в 18 км друг от друга, поставив тем самым рекорд расстояния передачи фотонов для экспериментов Белла с независимым источником посередине канала.

На принимающих станциях находились пьезоэлектрические приводы, прикрепленные к покрытым золотом зеркалам интерферометра. Когда фотон достигал однофотонного детектора, на привод подавалось напряжение, он расширялся и передвигал зеркало, в результате чего менялся оптический путь отражаемого от него лазерного луча и создаваемая интерференционная картина.

Коммуникация между связанными частицами была исключена благодаря тому, что время прохождения фотона от источника до детектора, последующего коллапса и поворота зеркала было меньше, чем время, за которое свет мог пройти расстояние между двумя принимающими станциями.

Используя формулу Пенроуза-Диози, на основе данных о массе, объеме зеркала и расстоянии, на которое оно было перемещено, ученые рассчитали время коллапса. В результате суммирования времени коллапса и времени, затраченного на передвижение фотона, его детекцию и поворот зеркала, было получено значение 7,1 микросекунд, что примерно в 8 раз меньше 60 микросекунд, которые были необходимы для передвижения света по каналу между двумя принимающими станциями.

Согласно принципу No-go, информация не может передаваться быстрее скорости света. На основании этого ученые сделали вывод, что частицы из одной пары связанных фотонов не могли передавать друг другу каким-либо образом данные о своем состоянии.

Для доказательства связанности пар фотонов исследователи применили неравенство Белла в версии Клаузера – Хорна – Шимони – Хольта. Этот неравенство должно выполняться для несвязанных фотонов. Как оказалось, для данных, полученных в настоящем исследовании, неравенство Белла не выполнялось, следовательно, частицы были связаны.

Таким образом швейцарским ученым удалось успешно применить идею Роджера Пенроуза о гравитационной природе редукции волновой функции для доказательства нелокального характера квантовых корреляций.

По мнению Пенроуза, объективная квантовая редукция связана с гравитацией и может происходить спонтанно и без каких-либо измерений, через промежуток времени, зависящий от массы объекта.

Свои идеи о редукции волновой функции Роджер Пенроуз связывает и с человеческим сознанием. По его мнению, мышление обусловлено определенными квантовыми состояниями структур мозга, и редукция суперпозиции играет ключевую роль в функционировании данных структур.