Un experiment cuantic dezvăluie că lumina există în zeci de dimensiuni

Lumina există în zeci de dimensiuni. Un paradox aflat în centrul fizicii cuantice a fost testat într-un mod extraordinar, forțând limitele intuiției umane prin măsurarea unui puls de lumină în 37 de dimensiuni.

O echipă de cercetători de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China a dezvoltat o metodă de testare a unui tip de paradox Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ), respectând criterii stricte, folosind un procesor fotonic bazat pe fibră optică.

• Ce au descoperit fizicienii după ce au încercat să găsească sursa timpului?
• NASA a finalizat testele cu motorul supersonic fără zgomot al avionului X-59

Rezultatele lor oferă o mai bună înțelegere a mecanismelor fundamentale ale bizarei lumi cuantice, cu implicații asupra viitoarelor tehnologii cuantice. În același timp, aceste descoperiri reafirmă cât de puțin ne ajută intuiția umană să înțelegem „manualul de utilizare” al Universului.

Un paradox al lumii cuantice, explicat în termeni simpli

„Dacă vrei să afli dacă ai primit scrisori, trebuie doar să verifici cutia poștală. Printr-o simplă observație, deduci că poștașul a trecut pe la tine și că mătușa Judy ți-a trimis o felicitare întârziată de ziua ta. Mulțumesc, mătușă Judy!”, explică Science Alert pe înțelesul tuturor.

Acest sistem intuitiv se bazează pe ceea ce se numește realism local. Poți vizualiza o succesiune de evenimente, de la mătușa Judy scriind felicitarea în bucătăria ei, la oficiul poștal, până la adresa ta. În majoritatea cazurilor, realismul local descrie suficient de bine modul în care funcționează lumea.

Însă fizicienii au complicat lucrurile odată cu descoperirea mecanicii cuantice, care pare să funcționeze după reguli ce sfidează logica. Una dintre cele mai bizare descoperiri contrazice însăși ideea de realism local.

Conform acestui principiu, înainte de a deschide cutia poștală, Universul nu a decis încă dacă există o felicitare înăuntru, dacă poștașul a trecut pe acolo sau dacă mătușa Judy și-a amintit de ziua ta.

Fizicienii numesc aceste evenimente și obiecte nedeterminate „contexte”, iar relația dintre ele este cunoscută sub numele de „inseparabilitate cuantică” (entanglement). Singura modalitate de a afla dacă mătușa Judy ți-a trimis felicitarea este să verifici efectiv cutia poștală, înainte de asta, realitatea este pur și simplu incertă.

Lumina există în zeci de dimensiuni

Până aici, totul pare destul de abstract, dar paradoxul GHZ încurcă și mai mult lucrurile. Acesta prezice rezultate experimentale care sfidează localismul, sugerând că felicitarea mătușii Judy ar putea apărea în cutia ta poștală fără ajutorul poștașului.

Cât de departe poate merge această absurditate? Pentru a testa limitele paradoxului, cercetătorii au încercat să găsească cel mai extrem caz de non-localitate, folosind doar trei contexte.

În locul unei felicitări trimise prin poștă, experimentul a folosit un flux coerent de fotoni. Iar în locul unui sistem de livrare clasic, cercetătorii au utilizat un ansamblu sofisticat de fibre optice și instrumente de măsurare a interferenței luminii. Analizând corelațiile observate, au demonstrat că, și în cazul a doar trei contexte, lumina există în zeci de dimensiuni, iar realismul local poate fi „aruncat la gunoi”.

Pentru a înțelege cum este posibil acest fenomen, trebuie să ne gândim la realitatea noastră dincolo de cele trei dimensiuni spațiale familiare și de dimensiunea timpului. Mai exact, trebuie să adăugăm încă 33 de dimensiuni.

Echipa a conceput un set de relații între cele trei contexte, care au putut fi descrise folosind 37 de stări cuantice, fiecare corespunzându-i unei dimensiuni spațiale diferite.

Acest experiment ridică întrebări profunde: de ce experimentăm realitatea doar în termeni clasici? Au aceste dimensiuni suplimentare vreo semnificație fizică reală?

Pentru moment, faptul că doar trei „posibilități” cuantice sunt suficiente pentru a crea un paradox de tip GHZ ar putea deschide noi perspective asupra naturii fundamentale a realității. De asemenea, ar putea oferi repere importante pentru dezvoltarea unor circuite cuantice mai rapide și mai fiabile.

Această cercetare a fost publicată în revista Science Advances.

Vă recomandăm să citiți și:

Un laser ultraviolet puternic dezvăluie modul în care particulele se mișcă prin diamante

„Soarele artificial” a depășit 1.000 de secunde într-un nou record de fuziune

Oamenii de știință au propus o nouă tehnologie de călătorie interstelară

Inginerii au transformat apa de mare în apă potabilă cu ajutorul unei noi metode ieftine