Kwantowe splatanie dwĂłch atomĂłw Ryszard Tanas

John Bell, amerykaĂąski informatyk kwantowy, wyjaÂśniaÂł zjawisko splÂątania kwantowego na przykÂładzie kolegi po fachu Reinholda Bertlmanna, ktĂłry zasÂłynÂąÂł tym, iÂż nosiÂł skarpetki nie do pary. I kiedy zza rogu budynku wyÂłaniaÂła siĂŞ noga Bertlmanna w rĂłÂżowej skarpetce, wiadomo juÂż byÂło, Âże druga skarpetka z pewnoÂściÂą rĂłÂżowa nie jest. Analogia do paĂąskich fotonĂłw trafna?

Bardzo. Bo czego dotyczy rzecz? Mianowicie tego, Âże kiedy mamy obiekt zÂłoÂżony z wiĂŞcej niÂż jednej czÂąstki, na przykÂład dwa fotony, to czasami moÂże byĂŚ tak... jak to dobrze ujÂąĂŚ... pomyÂślmy przez chwilĂŞ...

Fizycy mĂłwiÂą na ogĂłÂł o korelacjach kwantowych. I analogia do skarpetek jest o tyle dobra, Âże sÂą one skorelowane – bo jeÂśli jedna jest rĂłÂżowa, to wiadomo, Âże druga juÂż taka nie bĂŞdzie. W tym przypadku to jest antykorelacja, ale to bez znaczenia, bo to teÂż korelacja, tyle Âże ujemna.

MoÂże inny przykÂład – wyobraÂźmy sobie, Âże mamy dubeltĂłwkĂŞ, ktĂłra siĂŞ nie do koĂąca udaÂła, bo kule poruszajÂą siĂŞ po torach ustawionych pod pewnym kÂątem w stosunku do siebie. I jest tylko jeden spust, czyli zawsze strzelamy dwoma pociskami rĂłwnoczeÂśnie. PoczyĂąmy jeszcze zaÂłoÂżenie, Âże kule majÂą rĂłÂżne kolory – biaÂły i czerwony. OtĂłÂż splÂątanie to jest taka sytuacja, w ktĂłrej naciskamy spust, ale nie wiemy, ktĂłra kula jest czerwona, a ktĂłra biaÂła, a potem dwĂłch obserwatorĂłw zbiera kule i okazuje siĂŞ, Âże kiedy jeden podnosi z ziemi jednÂą i jest ona czerwona, wiadomo, Âże druga kula z pewnoÂściÂą jest biaÂła. Ale zanim siĂŞ tego nie dowiedzÂą, kule sÂą i takie, i takie – Âłaciate. Nigdy nie wiadomo, jakiego koloru jest pojedyncza kula. Skarpetki sÂą w sumie podobne...

WÂłasnoÂśĂŚ ta ma rozlegÂłe implikacje filozoficzne. Tak gÂłĂŞbokie, Âże aÂż trudne do streszczenia. To rĂłwnieÂż kolejny przykÂład na to, Âże ludzie nie zawsze chĂŞtnie godzÂą siĂŞ z postĂŞpem w nauce. I tak Albert Einstein nie potrafiÂł pogodziĂŚ siĂŞ z faktem, iÂż ukÂłady fizyczne mogÂą wystĂŞpowaĂŚ w stanach splÂątanych. Niestety, nigdy nie udaÂło mu siĂŞ zaproponowaĂŚ innego, lepszego wyjaÂśnienia.

W powszechnym rozumieniu konsekwencjÂą splÂątania jest moÂżliwoÂśĂŚ przesÂłania informacji w sposĂłb natychmiastowy – nawet z jednego kraĂąca galaktyki na drugi.

Ale co znaczy przekazywanie informacji? To trzeba zdefiniowaĂŚ. ZaÂłĂłÂżmy, Âże jestem jednÂą z osĂłb, ktĂłre zbierajÂą kule z naszej specjalnej dubeltĂłwki. ZnalazÂłem czerwonÂą i w tej chwili wiem, Âże na drugim koĂącu galaktyki musi byĂŚ biaÂła. Wiem natychmiast. To jest ten paradoks – bo przecieÂż wiadomo skÂądinÂąd (mĂłwi o tym szczegĂłlna teoria wzglĂŞdnoÂści), Âże nic nie moÂże przemieszczaĂŚ siĂŞ szybciej niÂż ÂświatÂło. Tyle tylko, Âże jeÂżeli ja wiem, jak dziaÂła ukÂład, to nie ma mowy o przekazywaniu informacji. ByÂłem na to wczeÂśniej przygotowany, dlatego Âże znam zasadĂŞ dziaÂłania dubeltĂłwki.

Dlatego wÂłaÂśnie fizycy mĂłwiÂą o korelacjach, czyli o tym, Âże dwururka ma pewnÂą nietypowÂą wÂłasnoÂśĂŚ. I w tym sensie nie ma przekazywania informacji z szybkoÂściÂą wiĂŞkszÂą niÂż prĂŞdkoÂśĂŚ ÂświatÂła.

InformacjÂą jest wiedza o dubeltĂłwce?

OtĂłÂż to. A przynajmniej tak sobie tÂłumaczymy ten paradoks, z ktĂłrym jakoÂś trzeba ÂżyĂŚ. Bo jak do tej pory wierzymy, Âże obie teorie – mechanika kwantowa dopuszczajÂąca istnienie tych szczegĂłlnych korelacji i teoria wzglĂŞdnoÂści zabraniajÂącÂą zbyt szybkiego przesyÂłania informacji – sÂą poprawne. I trzeba szukaĂŚ wyjaÂśnieĂą, ktĂłre pogodzÂą obie te teorie.

Wiemy, jak zbudowaĂŚ takÂą dwururkĂŞ?

Na poziomie ukÂładĂłw kwantowych – owszem. WÂłaÂśnie takÂą mamy w Toruniu. Przy czym ona nie strzela kulami, ale wysyÂła fotony o rĂłÂżnej polaryzacji. JeÂśli zÂłapiemy jeden foton i zbadamy jego stan, to wiemy, Âże drugi foton jest spolaryzowany inaczej.