Fizikai nagrinėja kvantinį susietumą laike

Kvantinis susietumas suprantamas kaip kelių dalelių vidinių būsenų sumaišymas, net jei jos yra erdvėje atskirtos dideliais atstumais. Poveikis vienai dalelei akimirksniu perduodamas kitai dalelei, net jei jos ir be galo nutolusios. Fizikai Džejus Olsonas (S. Jay Olson) bei Timotis Ralfas (Timothy C. Ralph) iš Kvinslendo (Queensland) universiteto (Australija) parodė, kad kvantinis susietumas gali egzistuoti ir tarp dalelių, esančių skirtingose laiko vietose. Įdomiausia, kad laikinį susietumą paskui galima paversti į erdvinį susietumą. Mokslininkai taip pat išnagrinėjo galimybę laikinį kvantinio vakuumo susietumą pritaikyti procesui, kurį jie vadina teleportacija laike.

„Man pats įdomiausias laikinio susietumo aspektas yra tai, kad ši savybė yra būdinga gamtai, ir tai atveria naujas tyrimų galimybes. Kvantinis vakuumo susietumas gali būti nagrinėjamas kaip ateities kvantinių technologijų pagrindas, – sakė Olsonas. – Pats reikšmingiausias mūsų tyrimų rezultatas yra pritaikymo, kurią mes dar galime nagrinėti tik savo vaizduotėje, galimybė.“

Olsono ir Ralfo straipsnyje, kuris paskelbtas arXiv.org puslapyje, aprašoma, kaip laikinis kvantinis susietumas gali būti paverstas į erdvinį susietumą naudojant du detektorius.

„Iš tikrųjų detektorius, esantis praeities tam tikrame momente, gali registruoti tam tikrą informaciją, susijusią su tuo metu esančia kvantinio lauko būsena, ir perduoti šią užregistruotą informaciją į ateitį. Perduodama informacija paprastai keliauja į tolimą erdvėlaikio sritį šviesos greičiu, – pasakė Olsonas. – Kai kitas detektorius pagauna informaciją apie lauko būseną tame pačiame erdvės taške, tai du detektoriai, esantys vienas šalia kito, galėtų būti palyginti ar jų registruotos būsenos yra susietos. Mes gauname, kad tokios būsenos turėtų būti susietos. Šis procesas aprašo, nors ir egzotiškai atrodančią, naują koncepciją (laikinį lauko susietumą) ir paverčia ją į pažįstamą dalyką (standartinį susietumą, kai naudojami du detektoriai tam tikru ateities momentu).“

Savo tyrime mokslininkai taip pat pasiūlė mintinį eksperimentą, kuriame jie į ateitį perkelia kvantinę būseną, kaip informacijos šaltinį. Šį procesą, kaip jau minėta, jie pavadino teleportacija laike. Mintiniame eksperimente mokslininkai aprašo du kubitinius (qubit) detektorius. Kubitas yra kvantinės mechanikos informacijos vienetas. Vienas iš detektorių yra susijęs su lauku praeityje, kitas – su lauku ateityje. Pirma, detektorius, kuris yra surištas su praeitimi, veikia kubitą ir generuoja informaciją kaip kubitas gali būti detektuojamas. Tada kubitas yra teleportuojamas į ateitį, tai yra dingsta iš tam tikro tarpinio laikotarpio. Paskui pirmas detektorius yra patraukiamas, o su ateitimi surištas detektorius yra patalpinamas į pirmojo detektoriaus erdvės vietą. Tokiu būdu detektoriai yra atskirti laike, bet ne erdvėje. Po tam tikro laiko tarpo antras detektorius gauna iš pirmojo detektoriaus informaciją ir atgamina teleportuotą kubitą pasinaudodamas gauta informacija.

Fizikai pabrėžia, kad čia yra labai svarbi simetrinė laiko koreliacija, į kurią turi būti atsižvelgta norint, kad visa procedūra veiktų. Jei kubitas yra teleportuojamas laiko momentu t = 0, tai pirmasis detektorius turėjo pradėti veikti lygiai tą patį laikotarpį prieš laiko momentą t = 0, kurį veiks antrasis detektorius po šio laiko momento. Pavyzdžiui, jei t = 0 yra 12:00 ir pirmasis detektorius pradėjo veikti 11:45, tai antrasis detektorius turi pradėti savo darbą lygiai 12:15 tam, kad būtų gautas kvantinis susietumas. Mokslininkai taip pat pabrėžė, kad tarp 12:00 ir 12:15 neįmanoma atgaminti teleportuotą kubitą.

Iš mokslininkų ankstesnio darbo seka, kad toks laikinis kvantinių būsenų susietumas turėtų sukurti šiluminį efektą, atsirandantį iš kvantinio vakuumo. Kvantinis vakuumas turėtų, kaip manoma, kurti keletą šiluminių efektų, tame tarpe ir Houkingo (Hawking) spinduliavimą iš juodosios skylės. Tačiau nė vienas jų nebuvo iki šiol stebėtas. Laikinio susietumo kūrėjai prognozuoja, kad jų šiluminį efektą galima lengviau stebėti nei kitus panaudojant dabartines technologijas. Jei tokia laikinio susietumo procedūra būtų realizuota, tai ji primą kartą suteiktų galimybę tiesiogiai stebėti kvantinį susietumą, būdingą erdvėlaikio vakuumui.

„Kvantinis susietumas yra stebimas kiekvieną dieną, – pasakė Olsonas. – Tačiau tiesioginis vakuumo būsenos susietumo stebėjimas yra naujas dalykas. Jei tai sugebėsime padaryti, tai suteiks mums galimybę šį susietumą panaudoti kaip pagrindą kvantinėms technologijoms kurti. Kadangi kvantinės vakuumo būsenos yra arčiausiai esantis dalykas, ir jis yra tuštumoje (nagrinėjamos vakuumo būsenos be įprastų dalelių), tai stebėdami ir panaudodami kvantinį susietumą, realizuotą vakuume, kuris būtų naudojamas kaip kvantinių technologijų bazė, potencialiai galėtume gaminti kvantinius prietaisus tuščioje erdvėje.“