הסתבכות קוונטית נותרה אחד מתחומי הלימוד המאתגרים ביותר עבור הפיזיקאים המודרניים. על ידי איינשטיין, אשר תואר על ידי "פעולה מפחידה מרחוק", מדענים כבר מזמן ניסו ליישב כיצד היבט זה של מכניקת הקוונטים יכול להתקיים בכפיפה אחת עם מכניקה קלאסית. בעיקרו של דבר, העובדה שאפשר לחבר בין שני חלקיקים למרחקים גדולים מפרה את כללי היישוב והריאליזם.
באופן פורמלי, זוהי הפרה של אי-הקיום של בל, תיאוריה המשמשת מזה עשרות שנים כדי להראות כי יישוב וריאליזם תקפים למרות שהם אינם עולים בקנה אחד עם מכניקת הקוונטים. עם זאת, במחקר שנערך לאחרונה צוות חוקרים מאוניברסיטת לודוויג-מקסימיליאן (LMU) ומכון מקס פלאנק לאופטיקה קוונטית במינכן ביצעו בדיקות שפוגמות שוב באי-השוויון של בל ומוכיחות קיומה של הסתבכות.
המחקר שלהם, שכותרתו "מבחן פעמון מוכן לאירועים באמצעות אטומים מסתבכים בו זמנית איתור נעילה ופרצות יישוב", פורסם לאחרונה ב מכתבי ביקורת גופנית. בראשות וונג'מין רוזנפלד, פיזיקאי ב- LMU ובמכון מקס פלאנק לאופטיקה קוונטית, הצוות ביקש לבדוק את אי השוויון של בל על ידי הסתבכות של שני חלקיקים מרחוק.
אי השוויון של בל (על שמו של הפיזיקאי האירי ג'ון בל, שהציע אותו בשנת 1964) קובע בעצם כי תכונות של חפצים קיימים ללא תלות בצפייה (ריאליזם), ושום מידע או השפעה פיזית לא יכולים להתפשט מהר יותר ממהירות האור (יישוב). כללים אלה תיארו באופן מושלם את המציאות שאנו בני אנוש חווים על בסיס יומיומי, בו הדברים מושרשים במרחב ובזמן מסוים וקיימים ללא תלות בצופה.
עם זאת, ברמה הקוונטית, נראה כי הדברים אינם פועלים לפי הכללים הללו. לא רק שניתן לחבר חלקיקים בדרכים לא מקומיות על פני מרחקים גדולים (כלומר הסתבכות), אלא שלא ניתן להגדיר את תכונות החלקיקים הללו עד שנמדדו. ואף על פי שכל הניסויים אישרו כי התחזיות של מכניקת הקוונטים נכונות, ישנם מדענים שהמשיכו לטעון כי ישנם פרצות המאפשרות ריאליזם מקומי.
כדי לטפל בכך, צוות מינכן ערך ניסוי בשתי מעבדות ב- LMU. בזמן שהמעבדה הראשונה הייתה במרתף המחלקה לפיזיקה, השנייה הייתה במרתף המחלקה לכלכלה - בערך 400 מטר משם. בשתי המעבדות, צוותים תפסו אטום רובידיום בודד במלכודת אקטואלית ואז החלו לרגש אותם עד ששחררו פוטון יחיד.
כפי שהסביר ד"ר ונחמין רוזנפלד בהודעה לעיתונות של מכון מקס פלאנק:
"שתי תחנות הצופה שלנו מופעלות באופן עצמאי ומצוידות במערכות לייזר ובקרה משלהן. בגלל המרחק של 400 מטרים בין המעבדות, תקשורת מאחת לשנייה תארך 1328 ננו-שניות, שזה הרבה יותר ממשך זמן המדידה. לכן, אין להשתמש במידע על המדידה במעבדה אחת במעבדה השנייה. כך אנו סוגרים את פרצה היישוב. "
ברגע ששני אטומי הרובידיום התרגשו עד כדי שחרור פוטון, הסתבכו למעשה מצבי הספין של אטומי הרובידיום ומצבי הקיטוב של הפוטונים. הפוטונים חוברו אז לסיבים אופטיים והונחו למערך בו הובאו להפרעה. לאחר שביצעו ריצת מדידה במשך שמונה ימים, הצליחו המדענים לאסוף כ -10,000 אירועים כדי לבדוק אם הסתבכות של סימנים.
זה היה מצביע על ידי ספינים של שני אטומי הרובידיום הכלואים, שהיו מצביעים באותו כיוון (או בכיוון ההפוך, תלוי בסוג ההסתבכות). מה שמצא צוות מינכן היה כי ברוב המוחלט של האירועים, האטומים היו באותה מדינה (או במצב ההפוך), וכי היו רק שש סטיות התואמות את אי השוויון של בל.
תוצאות אלה היו גם מובהקות יותר מבחינה סטטיסטית מאלו שהושגו על ידי צוות של פיסיקאים הולנדים בשנת 2015. לצורך המחקר, הצוות ההולנדי ערך ניסויים באמצעות אלקטרונים ביהלומים במעבדות שהיו במרחק 1.3 ק"מ זה מזה. בסופו של דבר, תוצאותיהם (ובדיקות אחרות האחרונות של אי-השוויון של בל) הראו שההסתבכות הקוונטית היא אמיתית, ובכך למעשה סוגרת את פרצה הריאליזם המקומי.
כפי שהסביר וונג'מין רוזנפלד, הבדיקות שערך צוותו חרגו גם מניסויים אחרים אלה על ידי התייחסות לסוגיה מרכזית אחרת. "הצלחנו לקבוע את מצב הסיבוב של האטומים מהר מאוד ויעיל מאוד," אמר. "בכך סגרנו פרצה פוטנציאלית שנייה: ההנחה שההפרה שנצפתה נגרמת על ידי מדגם לא שלם של זוגות אטומים שהתגלו".
על ידי השגת הוכחה להפרה של אי השוויון של בל, מדענים לא רק עוזרים לפתור אי התאמה מתמשכת בין פיזיקה קלאסית לקוונטית. הם גם פותחים את הדלת לכמה אפשרויות מרגשות. לדוגמה, במשך שנים, המדען צפה להתפתחות של מעבדים קוונטיים, הנשענים על הסתבכויות כדי לדמות את האפסים ואת אלה של הקוד הבינארי.
מחשבים הנשענים על מכניקת הקוונטים יהיו מהירים יותר מעריכית ממעבדי מיקרו-קונבנציונליים, ויביאו לעידן חדש של מחקר ופיתוח. אותם עקרונות הוצעו עבור אבטחת הרשת, בה נעשה שימוש בהצפנה קוונטית בכדי לספר מידע, מה שהופך אותו לבלתי פגיע בפני האקרים המסתמכים על מחשבים קונבנציונליים.
אחרון, אך בהחלט לא פחות, יש את הרעיון של תקשורת הסתבכות קוונטית, שיטה שתאפשר לנו להעביר מידע מהר יותר ממהירות האור. דמיין את האפשרויות לטיול בחלל ולחקירה אם אנחנו כבר לא מחויבים בגבולות התקשורת הרלטיביסטית!
אינשטיין לא טעה כשהוא מאפיין הסתבכויות קוונטיות כ"פעולה מפחידה ". ואכן, חלק גדול מההשלכות של תופעות אלה עדיין מפחידות כמו שהן מרתקות לפיזיקאים. אך ככל שנתקרב להבנתנו, כך נהיה קרובים יותר לפיתוח הבנה כיצד כל הכוחות הפיזיים הידועים של היקום משתלבים זה בזה - aka. תיאוריה של הכל!
