Českí vedci objavili nový kvantový zákon: Spája to, čo spochybňoval aj Einstein

Kvantová fyzika patrí medzi najzáhadnejšie oblasti modernej vedy. Popisuje správanie častíc, ktoré často odporujú zdravému rozumu a bežným fyzikálnym zákonom známych z nášho každodenného života.

Český vedecký tím z Univerzity Palackého v Olomouci spolu s kolegami z Fyzikálneho ústavu Akadémie vied ČR nedávno dosiahol významný prelom: experimentálne potvrdili nový zákon kvantovej fyziky, ktorý prepája dva základné javy kvantového sveta — neurčitosť a kvantové previazanie.

Tento objav má zásadný význam nielen pre základný výskum, ale aj pre budúcnosť kvantových technológií. Informuje portál Živé. 

Zvláštne správanie kvantových častíc, ktoré fascinovalo aj Einsteina

Jedným z najdiskutovanejších a najzáhadnejších javov kvantovej fyziky je kvantové previazanie (entanglement). Ide o situáciu, keď dve alebo viac častíc existujú v spoločnom kvantovom stave, pričom zmena stavu jednej okamžite ovplyvní stav druhých, bez ohľadu na to, ako ďaleko od seba sa nachádzajú. Tento fenomén nazval Albert Einstein, ktorý bol v minulosti skeptický voči kvantovej mechanike – „strašidelným pôsobením na diaľku“.

Dôvodom jeho pochybností bolo to, že podľa relativistickej teórie by žiadna informácia nemala cestovať rýchlejšie ako svetlo.

Napriek týmto výhradám však kvantové previazanie neporušuje rýchlosť svetla ako limit. To preto, že výsledok merania jednej častice je úplne náhodný — nemožno ho použiť na okamžitý prenos informácií. Ako to funguje, vystihuje jednoduchá analógia s párom topánok: ak na jednom konci sveta nájdeš pravú topánku v škatuli, okamžite vieš, že na opačnom konci sveta je ľavá topánka. Avšak, v kvantovej verzii nie je dopredu dané, ktorá topánka je ktorá — toto sa rozhoduje až pri otvorení škatule, teda pri meraní.

Objavujú sa nové prepojenia

Výskumný tím pod vedením Karla Lemra dosiahol prelom v lepšom pochopení vzťahu medzi neurčitosťou meraní a kvantovým previazaním.

„Vykonaním merania na jednej častici je ovplyvnený stav aj všetkých s ňou kvantovo prepojených častíc a v dôsledku toho aj výsledky meraní na týchto časticiach,“ vysvetľuje Lemr. Vedci našli matematickú nerovnicu, ktorá vyjadruje tento vzťah a definuje nový kvantový zákon, ktorý spája tieto dve kľúčové vlastnosti kvantového sveta.

Experiment, ktorý potvrdil teóriu

Aby vedci overili teoretické predpovede, uskutočnili v olomouckom laboratóriu jedinečný experiment. Vytvorili špeciálne páry kvantovo previazaných fotónov, ktoré následne podrobili presným meraniam.

„Aby bolo možné potvrdiť teoretické predpovede, museli byť pripravené tieto špeciálne stavy fotónových párov s rôznymi, presne stanovenými vlastnosťami,“ dopĺňa Lemr.

Výsledky experimentu, ktoré boli publikované aj v prestížnom vedeckom časopise Nature, jednoznačne potvrdili správnosť navrhnutej nerovnice. Tým sa podarilo dodať základnému výskumu novú, cennú rovinu poznania.

„Našli a potvrdili sme nový zákon kvantovej fyziky. Podarilo sa nám teoretickú súvislosť experimentálne overiť, čo je v oblasti základného výskumu významný posun vpred,“ dodáva Antonín Černoch, ďalší člen vedeckého tímu.

Význam pre budúcnosť kvantových technológií

Tento objav má významný dopad aj pre aplikovanú vedu. Kvantové previazanie už dnes zohráva kľúčovú rolu v oblasti kvantovej komunikácie, kryptografie a kvantových počítačov, ktoré by mohli v budúcnosti revolučne zmeniť spracovanie informácií. Presnejšie pochopenie základných vzťahov medzi vlastnosťami kvantových systémov môže viesť k efektívnejším a spoľahlivejším technológiám.

Čítaj viac z kategórie: Veda a vesmír