Divné, ještě divnější, kvantové

Martin Tůma  |  Věda

Einstein kvantovou fyziku úplně odmítl. Ale tým pod vedením Hagaie Eisenberga dokázal „vyvolat foton ze záhrobí“.

Albert Einstein se ve své době nemohl smířit s koncepcí kvantové fyziky. Velmi bojoval především proti – jak tomu sám říkal – strašidelnému působení na dálku. Teď se ukazuje, že existuje ještě strašidelnější působení napříč časem.

Paradox EPR a kvantová teleportace

Einsten se ve svém životě nikdy nesmířil s kvantovým pojetím světa. Aby dokázal, jak moc se kvantoví fyzici pletou, a aby smetl teorii kvantové fyziky, zformuloval známý paradox EPR.

Albert Einstein. Foto: Profimedia.cz

Ve své době to byl pouze myšlenkový experiment, který pracoval se dvěma kvantově provázanými fotony. Každý byl poslán na opačnou stranu vesmíru a poté, co by pozorovatel na jedné straně vesmíru změřil kvantovou veličinu jednoho fotonu, zároveň by tím nastavil stejnou kvantovou veličinu druhého fotonu na opačném konci vesmíru a to okamžitě. Tedy rychleji, než je rychlost světla, což je v Einsteinově chápání světa mezní rychlost čehokoli hmotného i nehmotného.

Vím, že toto vysvětlení zní velmi složitě, proto se pokusím o malý příměr. Zkuste si představit, že máte zařízení, které najednou vystřelí na opačné strany dvě šachové figurky. Dokud figurky letí, není jasné, jaké jsou. Ale když jednu chytíte, podíváte se na ni a zjistíte, že je to bílý král, tak se na druhé straně z figurky stane černá dáma.

Myšlenkový pokus byl prakticky realizován v roce 1972 na základě Bellovy práce v kvantové fyzice. Kvantově provázané částice musí splňovat podmínky Bellova teorému. Ten matematicky dokazuje, že kvantové vlastnosti částice nejsou pevně stanovené v okamžiku jejich zrodu, ale nastaví se až při změření těchto veličin u jedné z částic.

Tip: O Bellových pokusech píše Wikipedia.

Různé fyzikální ústavy dnes mezi sebou soupeří v tom, kdo využije jev EPR ke kvantové teleportaci na delší vzdálenost (lépe řečeno v teleportaci kvantových stavů). Je potěšitelné, že prozatím poslední rekord je z dílny ESA a je to 143 km.

Nejen prostorem, ale i časem

Joachim von Zanthier z univerzity v německém Erlangen-Nürenberg se svojí skupinou nedávno teoreticky prokázal, že kvantová provázanost nemusí být pouze v prostoru, ale i v čase. Od té doby se čekalo na potvrzení těchto výpočtů praktickým pokusem. A ten letos v létě úspěšně provedli na Jeruzalémské univerzitě.

Tým pod vedením Hagaie Eisenberga dokázal „vyvolat foton ze záhrobí“ a provázat jej s právě existujícím fotonem. Pokus probíhal následovně: Vědci nejprve vytvořili pár kvantově provázaných fotonů 1 a 2. U fotonu 1 změřili jeho stav a tím jej zničil. Foton 2 však nadále existoval. O 100 nanosekund později vytvořili druhý pár fotonů – 3 a 4. Potom udělali velmi důležitou věc a kvantově provázali foton 3 s fotonem 2. Tím došlo k podobnému provázání mezi fotonem 1 a 4, bez ohledu na to, že foton 1 už nějaký čas neexistuje.

Albert Einstein. Foto: Profimedia.cz
Albert Einstein. Foto: Profimedia.cz

Možná vám to přijde jako zajímavá hračka pro zapálené fyziky bez praktického uplatnění, ale na podobné věci se přímo třesou kryptografové. Umožní totiž vytvořit neodposlouchávatelná spojení, nerozluštitelné šifry.

Konkrétně je možné v Bratislavě vytvořit fotony 1 a 2 – foton 2 potom poslat do Prahy. V Praze mezitím příjemce vytvoří pár fotonů 3 a 4 a po provázání fotonů 2 a 3 odešle foton 4 do Bruselu. Tak vznikne spojení mezi Bratislavou a Bruselem.

Podrobněji jsem o EPR a kvantové nelokálnosti psal ve svém blogu. A jenom si říkám, že je možná dobře, že se toho Einsten nedožil.

Nejčtenější