A kvantum-összefonódás nyomában

A 2022-es fizikai Nobel-díj apropóján

Bacsárdi László

 

A 2022-es fizikai Nobel-díjat a kvantumfizika területén kifejtett munkásságáért ítélték oda három világhírű kutatónak. 2022. december 10-én a francia Alain Aspect, az amerikai John F. Clauser és az osztrák Anton Zeilinger vehette át a megtisztelő elismerést az összefonódott fotonokkal folytatott kísérleteikért, a Bell-egyenlőtlenségek megsértésének megállapításáért és úttörő kvantuminformatikai munkásságukért.

fizno.jpg

Alain Aspect, John F. Clauser, Anton Zeilinger (fotók: Ecole polytechnique Université Paris-Saclay, Peter Lyons, Jaqueline Godany, CC BY-SA 4.0)

 Hogyan képzeljük el az összefonódást (angol neve: entanglement)?

Induljunk ki abból, hogy egy foton polarizációs állapotát meg tudjuk mérni ortogonális mérőbázis segítségével (például ilyen mérőbázis a vízszintes-függőleges mérőbázis, amely a vízszintesen polarizált fotonról azt mondja, vízszintes, a függőlegesen polarizáltról azt, hogy függőleges, egy tetszőlegesen polarizált fotonról pedig a kvantummechanikai egyenlettel leírt állapota alapján vízszintes vagy függőleges értéket jelez). Vegyünk egy 405 nanométeres hullámhosszú lézerfényt, irányítsuk rá egy nemlineáris optikai tulajdonságokkal rendelkező béta-bárium-borát (BBO) kristályra, amelyből két, egyenként 810 nm-es hullámhosszú foton fog kilépni, összefonódott fotonpárt alkotva. Ezek azzal a különleges tulajdonsággal rendelkeznek, hogy ha a fotonpár egyik tagjának a polarizációját megmérem a vízszintes-függőleges mérőbázisban, és a mérőberendezésem vízszintes állapotot mutat, akkor a fotonpár másik tagja is vízszintes állapotba kerül. Ha azonban a mérőberendezésem függőleges állapotba billen be, akkor a fotonpár másik tagja is függőleges állapotot mutat. Vagyis a fotonpár egyik tagján elvégzett mérés hatással van a fotonpár másik tagjára – akkor is, ha az nincs már ott a közelben, hanem nagyon nagy távolságra tartózkodik. De nemcsak ez a különleges az összefonódásban, hanem az is, hogy ha úgy döntök, a mérést nem a rektilineáris, hanem mondjuk a diagonális bázisban végzem el, akkor ebben is ugyanazon állapotokat veszik fel az összefonódott fotonpár tagjai a két oldalon. Azaz miután létrehoztunk egy összefonódott fotonpárt, a mérés pillanatában általunk kiválasztott mérőbázis határozza meg, milyen bázis szerint fogja az összefonódás tulajdonságait mutatni a rendszerünk. A mostani Nobel-díjasok munkásságának köszönhetően tudjuk, hogy ez valóban így van.


 Vissza a tartalomhoz

pdfMEGNYITÁS/LETÖLTÉS