המירוץ להוכיח את החיבור הקוונטי 'מפחיד' עשוי להיות מנצח

חלקיקים אינם מצייתים לאותם כללים כמו אנשים. לתקוע חלקיק, ואחד אחר רחוק יכול להגיב באופן מיידי למגע - בלי שום הודעות שיעברו בחלל שביניהם, כאילו שני החלקיקים היו אחד. "הסתבכות" היא מה שפיזיקת הקוונטים מכנה את הקשר האינטימי.

איינשטיין כינה את זה "מפחיד". עד יום מותו, הוא סירב להאמין שהטבע יכול להיות כל כך לא הגיוני.

אבל א עבודת מחקר חדשה מהולנד אולי היה משכנע אפילו את אבי תורת היחסות שהוא טועה. פורסם באינטרנט ב-24 באוגוסט, הוא מתאר את הניסוי הראשון שעומד בתקן הזהב המתמטי להוכחת הסתבכות, שהוקם לפני יותר מחצי מאה. המאמר עדיין לא עבר ביקורת עמיתים; זה נמצא כעת בבדיקה בכתב עת מדעי, אבל זה כבר מעורר סערה בקהילת הפיזיקה הקוונטית.

עד יום מותו, איינשטיין סירב להאמין שהטבע יכול להיות כל כך לא הגיוני.

"חבל שאיינשטיין לא חי מספיק כדי ללמוד על זה", אומרים כריסטוף סיימון, פיזיקאי קוונטים תיאורטי באוניברסיטת קלגרי באלברטה, קנדה. "היקום אינו סביר כפי שהוא רצה שיהיה."

המסע הקוונטים

הרעיון ששני עצמים נפרדים לכאורה יכולים להתמזג לישות קוונטית אחת מתוארך לשנות ה-30 או קודם לכן. אבל רק בשנת 1964, הפיזיקאי ג'ון סטיוארט בל קבע לראשונה את הקריטריונים להסתבכות. מאמר פורץ דרך שפרסם בכתב עת לא ברור קבע מגבלות סטטיסטיות לגבי האופן שבו חלקיקים יכולים להתנהג זה בזה מבלי להתריס נגד הפיזיקה השולטת בחיים בקנה מידה אנושי.

יעברו כמעט שני עשורים עד שחוקרים שיצרו זוגות של חלקיקי אור בצרפת ימצאו, לראשונה, התנהגות שמפרה את הגבול הזה. עבור רבים, זו הייתה הוכחה מספיקה לכך שהחלקיקים הסתבכו.

אבל היו בעיות. בגלל מגבלות על גלאי האור שלהם, חלק מהחלקיקים הצרפתיים נעלמו. כמו כן, הפוטונים נשמרו קרוב מספיק זה לזה כדי, אולי, להעביר הודעות סודיות. ספקני הסתבכות הצביעו על הפרצות והציעו גורמים נסתרים אחרים הפועלים.

"תביעות חריגות דורשות ראיות יוצאות דופן", אומר מתיו לייפר, פיזיקאי קוונטים תיאורטי במכון היקפי לפיזיקה תיאורטית בווטרלו, אונטריו, קנדה. "רוב הפיזיקאים הקוונטים כמוני היו משוכנעים לחלוטין שקיימת הסתבכות, אבל יש כמה אנשים בחוץ עם תיאוריות אלטרנטיביות."

"תביעות חריגות דורשות ראיות יוצאות דופן".

בסוף שנות ה-90 צוות בווינה הפריד בין פוטונים סבוכים במאות מטרים, רחוק מספיק כדי לתקן את בעיית המרחק. בתחילת המאה ה-21, מדענים אמריקאים בנו מכשירים טובים מספיק כדי לעקוב אחר כמעט כל האטומים הטעונים שהם ניסו לחבר יחד, וסגרו את פרצת הגילוי. אבל עד עכשיו אף אחד לא הגה ניסוי אחד, מכוסה ברזל, שמתייחס לשתי המגבלות בו זמנית.

"התנהל מירוץ, עם כמה קבוצות שניסו לעשות את זה", אומר סיימון.

Diamond In The Rough

לרונלד הנסון הייתה עין ליהלומים. אבני החן שהוא וצוותו מעדיפים באוניברסיטת דלפט לטכנולוגיה בהולנד אינן מושלמות במכוון. סינתזה את המעבדה, הם מכילים פגמים המכילים אלקטרונים לא מסובכים.

לצורך הניסוי האחרון שלהם, המדענים ההולנדים הציבו שני שבבי יהלום במרחק של יותר משלושת רבעי מייל זה מזה בבניינים שונים בקמפוס. פוטונים שנורו לתוך הפגמים הסתבכו עם האלקטרונים. הפוטונים האלה עברו על כבלי סיבים אופטיים ונפגשו בבניין שלישי, שם ניסו החוקרים לסבך אותם. כשהצליחו, האלקטרונים שחזרו ביהלומים החליפו שותפים והסתבכו זה בזה, כפי שאושר במדידות שנעשו על הפגמים.

הודות לקלות המעקב אחר האלקטרונים והמרחק הגדול שהתאפשר על ידי הפוטונים הנוסעים, נראה שהניסוי סגר את שתי הפרצות.

אינטרנט בלתי ניתן לפריצה?

מה מרגש את כריס מונרו, פיזיקאי קוונטים ניסיוני במכון הקוונטי המשותף במרילנד, לגבי מבחן Bell ללא פרצות הוא התועלת שלו עבור סוג חדש של רשת תקשורת, גרסה קוונטית של מרשתת. חלקיקים סבוכים שנשלחים דרך רשת כזו יהיו מוגנים מפני האקרים; מצותתת לא יכלה לנצל את המידע מבלי להודיע ​​על נוכחותה.

"אבטחת המידע מובטחת על ידי חוקי היסוד של הפיזיקה", אומר מונרו.

אם רשתות כאלה, אם אי פעם יתפתחו, יצטרכו להיות עשויות מיהלום נותר לראות. במהלך תשעת הימים שלו, המתקן הנוצץ של הנסון צץ רק 245 זוגות של חלקיקים הסתבכו. מערכת בת-קיימא מסחרית תצטרך לירוק אלפים או יותר בדקה.

עם 245 אירועים בלבד, הסטטיסטיקה מכתיבה שאם העולם לא מפר עקרונות קלאסיים, יש סיכוי של ארבעה אחוזים שהתוצאה נבעה מקריות - כלומר ייתכן שהסף של בל לא היה בפועל חצה.

"במילים אחרות, יש סיכוי של 96 אחוז שהם ניצחו במירוץ", אומר פול קוויאט, פיזיקאי קוונטים ניסיוני שעובד עם פוטונים וגם נמצא במירוץ באוניברסיטת אילינוי באורבנה-שמפיין. "המסמר לא מאוד עמוק בארון המתים, ואני בטוח שעוד מעט יהיו תוצאות בעלות אי ודאות סטטיסטית נמוכה בהרבה.