Kako je izmereno rađanje kvantne povezanosti u atosekundama

U jednom jedinom treptaju oka, koji za nas traje tek delić sekunde, u mikrosvetu kvantne mehanike odigraju se čitave istorije procesa koji prkose ljudskoj intuiciji. Dok svakodnevno iskustvo procese poput kvantne povezanosti (entanglement) kategoriše kao „trenutne“, nauka je konačno uspela da dešifruje hronološki kod onoga što smo smatrali neuhvatljivim. Jedna od najvećih misterija moderne fizike sada je pod lupom u nezamislivo kratkim vremenskim intervalima, otkrivajući nam da čak i „trenutno“ ima svoj početak, trajanje i strukturu.

Kvantna povezanost se ne os ostvaruje renutno, potrebno je, nezamislivo malo, ali postojeće vreme.

Kvantna sprega: Ples čestica bez individualnosti

Kvantna povezanost je fenomen u kojem dve čestice postaju toliko neraskidivo isprepletane da prestaju da postoje kao zasebni entiteti, deleći jedno zajedničko kvantno stanje bez obzira na njihovu međusobnu udaljenost. Često koristimo analogiju „magičnih novčića“: ako jedan padne na „glavu“, drugi će u istom trenutku pokazati isti rezultat, čak i ako se nalazi na drugom kraju galaksije. Iako ovo zvuči kao naučna fantastika, reč je o manifestaciji nelokalnosti, principa koji nam govori da je matematički opis ovih čestica jedinstven i nedeljiv.

„Moglo bi se reći da čestice nemaju individualna svojstva, već samo zajednička svojstva. Sa matematičke tačke gledišta, one čvrsto pripadaju jedna drugoj, čak i ako se nalaze na dva potpuno različita mesta“, objašnjava prof. Joachim Burgdörfer sa Instituta za teorijsku fiziku na TU Wien.

Danas naučnu zajednicu više ne zanima samo potvrda postojanja ove veze, već fundamentalno pitanje: kako se ta povezanost zapravo razvija u prvim trenucima svog nastanka?

Atosekunda: Vremenska skala na granici pojmljivog

Da bi istražili ovaj proces, istraživači sa TU Wien, u saradnji sa naučnim timovima iz Kine, morali su da se spuste u svet atosekundi. Da bismo razumeli razmeru, atosekunda predstavlja milijarditi deo milijarditog dela sekunde (10⁻¹⁸ s). Ako bismo jedan treptaj oka razvukli tako da traje jednu sekundu, atosekunda bi u tom novom merilu i dalje bila nepojmljivo kraća od bilo čega što možemo zamisliti.

Korišćenjem naprednih kompjuterskih simulacija, ovaj međunarodni tim je uspeo da „zamrzne“ proces koji je ranije bio nevidljiv, omogućavajući nam da po prvi put posmatramo dinamiku nastanka kvantne povezanosti u realnom vremenu.

Kvantna superpozicija i „neizvesno“ vreme rođenja

Eksperimentalni model koji su naučnici analizirali uključuje atom pogođen izuzetno intenzivnim i visokofrekventnim laserskim pulsom. Ovaj udar svetlosti izbacuje jedan elektron iz atoma, dok drugi elektron unutar atoma prima energiju i prelazi u više energetsko stanje (višu orbitu).

Ovde se susrećemo sa fascinantnim konceptom: elektron koji napušta atom nema fiksno „vreme rođenja“. On se nalazi u stanju kvantne superpozicije, što znači da on sam „ne zna“ kada je tačno otišao. Njegov trenutak odlaska nije izolovan događaj, već je direktno korelisan sa energetskim stanjem elektrona koji je ostao u atomu. Upravo ta korelacija je ključ same povezanosti.

Hronologija kvantnog rođenja: Kašnjenje od 232 atosekunde

Najznačajniji uvid ovog istraživanja je otkriće da vreme odlaska elektrona direktno zavisi od stanja njegovog „partnera“ koji ostaje u atomu. Analiza je pokazala da se javlja precizna vremenska razlika: ako preostali elektron pređe u stanje više energije, onaj koji odlazi će verovatno napustiti atom ranije. Nasuprot tome, ako preostali elektron ostane u nižoj energiji, odlazeći elektron napušta atom kasnije – u proseku oko 232 atosekunde kasnije.

Ovo nije samo teorijski konstrukt. Istraživački tim je osmislio precizan merni protokol koji kombinuje dva različita laserska snopa, čija interakcija omogućava da se ovo suptilno tempiranje direktno izmeri. Ovo je dokaz da stanja koja smo smatrali trenutnim imaju svoju unutrašnju hronologiju koju možemo dešifrovati.

Elektron kao talas: Trenutak u kojem nastaje povezanost

Da bismo razumeli zašto se ovo kašnjenje dešava, moramo napustiti sliku elektrona kao male kuglice koja prosto „iskače“ iz atoma. Zbog svoje talasne prirode, elektron se zapravo „preliva“ iz atoma, a taj proces uključuje interferenciju i prostornu distribuciju talasa.

„Elektron ne skače jednostavno iz atoma. On je talas koji se, da tako kažemo, preliva iz atoma — a to traje određeno vreme. Upravo tokom te faze nastaje povezanost, čiji se efekat kasnije može precizno izmeriti posmatranjem dva elektrona“, navodi prof. Iva Březinová, jedna od autorki studije.

Upravo tokom te faze „prelivanja“ dolazi do međusobnog uticaja dva elektrona, čime se postavlja temelj za njihovu buduću kvantnu spregu.

Od razumevanja ka kontroli: Budućnost kvantnih tehnologija

Sposobnost da razumemo i merimo samu genezu kvantne povezanosti nije samo stvar teorijske radoznalosti. To je „Sveti gral“ za razvoj kvantnih tehnologija koji donosi:

* Stabilnije kvantno računarstvo: Umesto pukog održavanja povezanosti, kontrola nad njenim nastankom omogućava kreiranje stabilnijih kvantnih parova „na zahtev“.

* Ultrapouzdanu kriptografiju: Razumevanje početka veze omogućava razvoj sigurnijih protokola za prenos informacija koji su imuni na spoljne poremećaje.

* Manipulaciju kvantnim sistemima: Dešifrovanje hronološkog koda omogućava nam da upravljamo česticama na najkraćim mogućim vremenskim skalama.

Dešifrovanje tkiva stvarnosti

Ovaj poduhvat, ostvaren kroz saradnju stručnjaka iz Beča i Kine, pokazuje da čak i u trenucima koji su toliko kratki da ih ljudski um ne može pojmiti, priroda ne deluje nasumično ili trenutno. Svaki delić sekunde krije obilje informacija o tome kako je naš univerzum konstruisan.

Otkriće da rađanje kvantne povezanosti traje tačno određeno vreme podseća nas da je kvantna mehanika polje koje tek počinjemo da razumemo u potpunosti. Dok sledeći put trepnete, setite se da su se u tom sićušnom intervalu u mikrosvetu odigrale milijarde procesa koji oblikuju samu osnovu stvarnosti. Šta nam još promiče u tim nepojmljivo kratkim trenucima dok priroda tka svoje najdublje veze?

Priredio: Dragan TANASKOSKI 

Izvor: earth.com