Kvantová fyzika je jako sbírka duchařských příběhů. Alespoň pro laika. Jeden neuvěřitelný jev vedle druhého, nad nimiž je možné žasnout, možná se i trochu pohoršovat, ale to je tak všechno. Co kdyby ale někdo takový veskrze kvantový jev vyfotil, takže by ho každý mohl vidět a skoro si na něj i sáhnout? To by byla jiná káva.
Paul-Antoine Moreau z britské University of Glasgow a jeho tým to dokázali. Jako první v historii vyfotili kvantové strašidlo. Pořídili snímek silné formy kvantového entanglementu, takzvaného Bellova entanglementu. Einsteinovo „strašidelné působení na dálku“ (anglicky spooky action at a distance) vyšlo na světlo. Jejich výzkum publikoval časopis Science Advances.
Když spolu dvě částice interagují, tak za jistých okolností mohou zůstat provázané a sdílet stejné fyzikální stavy, bez ohledu na to, jaká je právě dělí vzdálenost. To je v kostce kvantový entanglement, čili kvantové provázání. Einstein neměl s kvantovým entanglementem příliš dobrý vztah. Dnes už ovšem toto kvantové strašidlo proniklo do praktických aplikací a je součástí vývoje kvantových počítačů nebo kvantové komunikace. Zatím ale ještě nikdy nebyl kvantový entanglement zachycen na snímku.
Moreau a jeho kolegové si kvůli tomu postavili experiment, v němž kvantový zdroj záření vytváří proud kvantově provázaných fotonů. Fotony proudí k materiálům z tekutých krystalů, které mohou změnit fázi procházejících fotonů. V experimentu umístili supercitlivou kameru, která dokáže detekovat jednotlivé fotony. S kamerou pak udělali snímky, na nichž je foton se svým kvantově provázaným „dvojčetem“. Díky této experimentální sestavě fyzici získali vytoužené snímky kvantového entanglementu.
Autoři průlomového snímku neskrývají nadšení. Zobrazení kvantového entanglementu je podle nich elegantní demonstrací fundamentálního fyzikálního jevu. Teď ho může vidět každý. Jejich výzkum by rovněž mohl přispět k pokrokům ve vývoji kvantových počítačů, a také k novým metodám a postupům zobrazování.
Literatura
Phys.org 13. 7. 2019, Science Advances 5: eaaw2563.
Kvantová mechanika opět poráží Einsteina a jeho lokální realismus
Autor: Stanislav Mihulka (28.10.2015)
Fyzici prověřili kvantový entanglement pomocí záře hvězd
Autor: Stanislav Mihulka (07.02.2017)
Kvantová mechanika na vlastní oči: Entanglement objektů o šířce vlasu!
Autor: Stanislav Mihulka (27.04.2018)
Diskuze:
Ponožky
Jonathan Novák,2019-07-16 03:27:48
Furt nevidím tu červenou a modrou pro blázny dobrou.
Trochu to připomíná tu černou díru - jitrnici kterou svět neviděl.
Otázky k experimentu, ještě
Zdeněk Kratochvíl,2019-07-13 20:10:38
Ještě jsem na jednu otázku zapomněl:
Proč tam jsou potřeba tekuté krystaly a nestačí obyčejné polarizační filtry? Jsou ty tekuté krystaly v roli polarizačních filtrů nebo ještě v jiné?
Re: Otázky k experimentu, ještě
Lukáš Langšádl,2019-07-13 23:11:30
no já bych to viděl především na změnu polarity světla(předpokládám že zdrojem světla je laser).. Ohledně funkce tekutý krystal umí pouze změnit polaritu světla.. Polarizační filtr umí zase pouze filtrovat světlo .. Takže úplně jiná funkce..
Pokud narážíte na lcd tak tam je právě skladba polarizační filtr \ tekutý krystal \ barevna maska\ polarizační filtr z toho první filtr není potřeba pokud je zdroj světla polarizovaný
Celé to trosku vypadá jako by fotily proud fotonu rozděleny tekutými krystaly do opačné fáze pak by dávala smysl i ta zpožďovací linka jen nepobírám tu kvantitu jeden foton by se za prve ztratil v tak složité aparatuře nemluvě o nutnosti extrémního chlazení a kontroly prostředí
Re: Re: Otázky k experimentu, ještě
Zdeněk Kratochvíl,2019-07-13 23:29:30
Díky, o té vlastnosti tekutých krystalů jsem nevěděl.
Stejně mi připadá, že v tom popisu (i v tom uriginálním) něco chybí k tomu, aby to bylo jednoznačně srozumitelné.
Vašemu závěru dobře odpovídá text, na který jsem našel odkaz na anglické diskuzi k článku:
https://advances.sciencemag.org/content/5/7/eaaw2563.abstract
Ha, mezitím, co tohle píšu, jsem našel i link na snad úplný primární text, ale je dost dlouhý, takže jsem ho zatím nepročetl:
https://advances.sciencemag.org/content/advances/5/7/eaaw2563.full.pdf
Re: Re: Otázky k experimentu, ještě
Zdeněk Kratochvíl,2019-07-14 00:00:52
Tak jsem trochu prošel ten delší článek. Ne všechny detaily jsem pochopil, ale to je evidentně jenom můj problém, zdroj je to určitě plně dostatečný.
Bude to nějak tak jak píšete.
Navíc: Oni sice zaznamenávali jednotlivé provázané páry, ale činili tak velice kvantitativně, navíc tak, aby uměli vyjádřit míru porušení Bellovy nerovnosti. Ty fotky jsou dokonce skládané až z 40 tisíc snímků a s odečtením kalibrovaného temného šumu a kdoví čeho všeho, je to dost složité, i když plně hodnověrné.
A to zpožďovací vedení je hlavně kvůli synchronizaci kamery.
Otázky k experimentu
Zdeněk Kratochvíl,2019-07-13 19:59:44
Díky za zajímavou informaci a obrázek ducha. Nějak jsem ale dost neporozuměl, co vlastně vyfotili a jak je experiment postavený. V textu originálního článku není víc informací, ale trochu víc se tam dá vyčíst z popisů k obrázkům.
Omlouvám se, pokud jsou moje otázky výrazem nepochopení, ale pokud by je někdo zasvěcený uměl zodpovědět, byl bych vděčný (snad trochu vím, co je Bellova nerovnost a nelokálnost):
Těžko si dovedu představit, že by "snímky, na nichž je foton se svým kvantově provázaným dvojčetem“ byly snímky opravdu jenom dvou fotonů. Vím sice, že je možné jednotlivé fotony detekovat (vždyť ani pixel čipu slušnějšho foťáku od toho není zase tak moc daleko), ale spíš čekám, že jde o nafocení nějaké statistiky párů fotonů při určité rovině polarizace (zjevně jí říkají "fáze"). Je to tak?
K čemu je tam potřeba to zpožďovací vedení (Delay line)? Je to kvůli dostatečné velikosti zobrazení (v popisu v článku se uvádí překvapivě makroskopické měřítko 1 mm)? Nebo kvůli tomu, aby to časovač spouště (ta černá krabička SPAD) a foťák stihnul? Nebo to má nějaký jiný důvod?
Re: Otázky k experimentu
Milan Krnic,2019-07-14 01:55:07
Pokud je mi známo, jednotlivé fotony detekovat možné není.
Nedávno jsme na toto téma vedli diskuzi zde: http://www.osel.cz/10577-fyzici-predpovidaji-skoky-schrodingerovy-kocky-a-mohou-ji-tak-konecne-zachranit.html
Že by do teď? Nevím.
Spíš než "je to dost složité, i když plně hodnověrné" bych řekl, je to dost složité, a zaslouží si to odbornou kritiku (snad časem).
Re: Re: Otázky k experimentu
Zdeněk Kratochvíl,2019-07-14 08:45:33
Tou hodnověrností jsem myslel jenom to, že v tom původním delším článku je narozdíl od těch kratších dostatek informací o uspořádání experimentu i o výsledcích, takže nedokonalé pochopení zde je můj problém a ne problém luštění neúplné křížovky. Tím pádem tahle plná verze nejspíš umožňuje taky odbornou kritiku, ale k té nejsem povolaný, mě stačilo, že jsem aspoň nějak částečně pochopil, co že vlastně dělali.
O tom, jestli je možné doslovně vzato detekovat jednotlivý foton, nic nevím, mylel jsem jenom to, že v proudu fotonů je účinnost i celkem běžných slušnějších zařízení mezi 40% a 90%. (Podle toho, co píšou, pokud jsem to dobře pochopil, tak ten SPAD spouští jedním fotonem lavinu, která sepne pokyn kameře.)
Re: Re: Otázky k experimentu
Richard Pálkováč,2019-07-14 14:29:15
Napríklad ľudské oko dokáže "uvidieť" aj jediný fotón, takže detekcia je bezproblémová.
Re: Re: Re: Otázky k experimentu
Milan Krnic,2019-07-14 16:37:34
Z čeho čerpáte? A co znamená "uvidieť" (ne slovo samotné, ale v uvozovkách)?
Re: Re: Re: Re: Otázky k experimentu
Richard Pálkováč,2019-07-14 17:27:33
Čerpám z Feynmanovej knižky QED a donútil ste ma, znovu si to vyhľadať či nekecám a zistil som , že kecám, ohľadom ľudského oka, lebo to potrebuje 5-6 fotónov na aktiváciu nervovej bunky. Hneď potom ale Feynman píše : "Mohli by ste sa čudovať, ako je možné zistiť prítomnosť jediného fotónu. Prístroj, ktorý to dokáže urobiť, sa nazýva fotonásobič. ...." Je to na stránke 28-29 knižky.
Inak v roku 2012 bola udelená Nobelova cena za fyziku, za objavenie takej metódy zistenia existencie fotónu pomocou Rydbergových atómov a Ramseyovho interferometra, pri ktorej sa tento fotón nezničí, ale tomuto ja neverím.
Re: Re: Re: Re: Otázky k experimentu
Richard Pálkováč,2019-07-14 17:29:36
Teda neverím tomu, že po zistení existencie fotónu, je tam stále ten istý fotón.
Re: Otázky k experimentu
Martin Nováček,2019-07-14 13:14:57
S dovolením zde popíšu tu aparaturu pokusu:
Zdroj se nachází vlevo dole. Poté jsou oba paprsky rozděleny. Potom to probíhá následovně: horní svazek prochází filtrem (dochází k ovlivnění jeho vlastností), poté je zachycen obraz spodního paprsku. Nakonec dochází k zachycení obrazu horního paprsku.
Z výsledků lze jasně určit, že přestože byl spodní paprsek původně neovlivněn, díky provázanost také změnil své vlastnosti.
Delay je použit proto, aby byl nejdříve získán obraz spodního paprsku, který původně nebyl ovlivněn.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
