Kvantmekaniken förutsäger effekter som är mot all förväntan

Kvantmekaniken förutsäger effekter som är mot all förväntan och omöjliga att förena med våra dagliga erfarenheter. Ett av de mest fascinerande exemplen på dessa förutsägelser är att ett par partiklar kan vara sammanflätade. När två partiklar är sammanflätade kan vi inte beskriva egenskaperna hos den ena av dem utan att hänvisa till den andra, de beter sig som en enda enhet.

KS18 och dess kompatibilitetsdiagram.
KS18 och dess kompatibilitetsdiagram.

Det är imponerande att detta korrelerade beteende uppvisas oavsett hur långt ifrån varandra paret av partiklar är. Dessa korrelationer gav upphov till Bells sats. I denna sats anges att korrelationer som erhålls genom att mäta par av förvirrade partiklar inte kan återges av lokala teorier om dolda variabler, vilket innebär att kvantmekaniken är icke-lokal. Kvantmekanikens icke-lokala karaktär kan bevisas genom brott mot Bells olikheter. Icke-lokalitet är en viktig resurs som möjliggör uppgifter som säker kommunikation och generering av slumpmässighet. Bells sats är dock inte den enda satsen om omöjlighet av dolda variabler inom kvantmekaniken.

Ett annat exempel är Kochen-Speckers kontextualitet. Analogt till icke-lokalitet kan kontextualitet bevittnas genom brott mot icke-kontextuella olikheter för dolda variabler som inte är kontextuella. Skillnaden är dock att det för kontextualitet endast krävs en partikel och sekventiella mätningar, medan det för icke-lokalitet krävs två partiklar och rumslig separation. I vissa scenarier är det dessutom möjligt att visa kontextualitet oberoende av den uppmätta partikelns kvanttillstånd, och mätningar som uppnår detta fenomen kallas tillståndsoberoende kontextualitetsensembler.

I det här arbetet har vi studerat problemet med att kombinera icke-lokalitet och kontextualitet i samma experiment. Vi kopplade samman båda resurserna genom att använda Bell-ojämnheter som kränks av tillståndsoberoende kontextualitetsuppsättningar. Vi bevisade att dessa Bell-ojämlikheter är maximalt robusta mot antingen brus eller ineffektivitet i detekteringen, och att de därför är lämpliga för experimentella tillämpningar. Vårt arbete banar väg för teknik som samtidigt utnyttjar de fördelar som erbjuds av icke-lokalitet och kontextualitet.

 

Mer information

Optimal and tight Bell inequalities for state-independent contextuality sets - Artikel publicerad i Physical Review Research