Dopotutto le particelle quantistiche non possono essere separate dalle loro proprietà

L'effetto quantistico dello Stregatto prende il nome dalla fiaba dello Stregatto in Alice nel Paese delle Meraviglie. Questo gatto è riuscito a scomparire, lasciando dietro di sé solo il suo sorriso. Allo stesso modo, in un articolo del 2013, i ricercatori hanno affermato che le particelle quantistiche sono in grado di disaccoppiarsi dalle loro proprietà, con le proprietà trasmesse lungo percorsi che una particella non può. Lo chiamarono effetto quantistico del gatto del Cheshire. Da allora, i ricercatori hanno affermato di aver esteso ulteriormente questo concetto, scambiando proprietà incorporee tra particelle, decostruendo più proprietà contemporaneamente e persino “disaccoppiando la dualità onda-particella” di una particella.

Tuttavia, una recente ricerca, pubblicata in Nuovo giornale di fisica Il 17 novembre 2023 mostra che questi esperimenti non mostrano effettivamente la separazione delle particelle dalle loro proprietà, ma mostrano invece un’altra caratteristica non intuitiva della meccanica quantistica: il contestualismo.

La meccanica quantistica è lo studio del comportamento della luce e della materia su scala atomica e subatomica. Per sua natura, la meccanica quantistica non è intuitiva. Il gruppo di ricerca si è proposto di comprendere questa natura fondamentalmente controintuitiva, esplorandone al tempo stesso i vantaggi pratici.

“Molte persone sanno che la meccanica quantistica è strana, ma determinare le cause di questa stranezza è ancora un'area di ricerca attiva. È stata lentamente formulata un'idea chiamata contestualismo: cioè che i sistemi quantistici cambiano a seconda delle misurazioni”. fai su di loro. Jonty Hancericercatore presso l'Università di Hiroshima e l'Università di Bristol.

La sequenza di misurazioni su un sistema quantistico produrrà risultati diversi a seconda dell'ordine in cui vengono effettuate le misurazioni. Ad esempio, se misuriamo dove si trova una particella e quanto velocemente sta viaggiando, darà risultati diversi per misurare prima quanto velocemente sta viaggiando e poi dove si trova. A causa di questo contesto, si può misurare che i sistemi quantistici possiedono proprietà che ci aspettiamo siano incompatibili tra loro. “Tuttavia, non capiamo ancora il motivo, quindi è quello che volevamo indagare, utilizzando lo scenario paradossale del gatto quantistico del Cheshire come banco di prova”, ha detto Hanes.

Il problema con il paradosso quantistico dello Stregatto, osserva il team, è che la sua affermazione originale, secondo cui una particella e le sue proprietà, come lo spin o la polarizzazione, si separano e viaggiano lungo percorsi diversi, potrebbe essere una rappresentazione fuorviante della fisica effettiva dell'oggetto. situazione. . “Vogliamo correggere questo problema mostrando che si ottengono risultati diversi se un sistema quantistico viene misurato in modi diversi, e che l'interpretazione originale del Cheshire Snap quantistico si ottiene solo se si combinano i risultati di queste diverse misurazioni in un modo molto specifico e ignorare questo cambiamento legato alla misurazione”, ha detto. Holger Hoffmannprofessore all'Università di Hiroshima.

Il team ha analizzato il protocollo dello Stregatto esaminando la relazione tra tre diverse misurazioni riguardanti il ​​percorso e la polarizzazione del fotone all’interno del protocollo quantistico dello Stregatto. Ciò avrebbe portato ad una contraddizione logica, se il sistema non fosse stato contestuale. Il loro articolo discute come questo comportamento contestuale si collega ai valori deboli e alla coesione tra gli stati bloccati. Attraverso il loro lavoro, dimostrano che, anziché la proprietà di una particella rilasciata dal corpo, il gatto quantistico del Cheshire spiega gli effetti di queste coerenze, che si trovano tipicamente nei sistemi pre e post selezionati.

Guardando al futuro, il team vuole espandere questa ricerca, per trovare un modo per unificare effetti quantistici contraddittori come aspetti del contesto e per spiegare una volta per tutte come e perché le misurazioni modificano i sistemi quantistici. “Questo non solo ci aiuterà a spiegare perché la meccanica quantistica è così controintuitiva, ma ci aiuterà anche a sviluppare modi per utilizzare questa stranezza per scopi pratici. Dato il contesto, che è intrinsecamente legato a scenari in cui esiste un vantaggio quantistico rispetto alla meccanica classica soluzioni a un dato problema”, ha detto Hans, “Se c'è un problema… “Solo comprendendo il contesto saremo in grado di realizzare il pieno potenziale dell'informatica quantistica, per esempio.”

Il gruppo di ricerca comprende Jonte R. Hance, Ming Jie e Holger F. Hoffmann di Scuola di Dottorato in Scienze Avanzate e Ingegneria,Università di Hiroshima. Hans è anche ricercatore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica dell'Università di Bristol.

La ricerca è stata finanziata da una borsa di studio post-dottorato Phoenix presso l’Università di Hiroshima, una borsa di studio DTP EPSRC presso l’Università di York, un Centro per la comunicazione quantistica finanziato da una borsa EPSRC e una borsa di studio JST SPRING.