(Phys.org) - För första gången, fysiker har experimentellt demonstrerat kränkningen av "bilokal kausalitet" - ett koncept som är relaterat till den mer standardiserade lokala kausaliteten, förutom att det står för det exakta sättet på vilket fysiska system ursprungligen genereras. Resultaten visar att det är möjligt att bryta mot lokal kausalitet på ett helt nytt och mer allmänt sätt, vilket kan leda till en potentiell ny resurs för kvantteknik.

Fysikerna, Gonzalo Carvacho et al., från institutioner i Italien, Brasilien, och Tyskland, har publicerat ett papper om demonstrationen av kränkningen av bilokal kausalitet i ett nyligen utgåva av Naturkommunikation .

I allmänhet, idén om lokal kausalitet brukar tas för givet:objekt kan bara påverka andra objekt när de är fysiskt nära varandra, och alla samband mellan avlägsna föremål måste ha sitt ursprung i det förflutna när de var närmare varandra. Men i kvantvärlden, avlägsna partiklar kan korreleras på sätt som är omöjliga för klassiska föremål, om inte dessa avlägsna partiklar på något sätt kan påverka varandra.

För att avgöra om lokal kausalitet har kränkts, fysiker utför Bell -tester, som försöker bryta mot Bell -ojämlikheter. Om en Bell -ojämlikhet kränks, då har antingen lokalitet eller realism (eller helt enkelt "lokal realism") kränkts.

Det finns dussintals olika versioner av Bell -ojämlikheter, men för närvarande gör de alla samma antagande:att korrelationerna mellan partiklar alla härrör från en enda gemensam källa. I verkliga experiment, dock, partiklar och deras korrelationer kan komma från många olika källor.

För att lösa detta problem, det nya papperet behandlar en ny typ av Bell -ojämlikhet som står för det faktum att de två källor till stater som används i experimentet är oberoende, det så kallade bilocalitetsantagandet. Genom att bryta mot denna nya typ av Bell -ojämlikhet, forskarna har för första gången brutit mot bilokal kausalitet, indikerar förekomsten av icke-bilokala korrelationer som är helt annorlunda än andra typer av kvantkorrelationer.

Forskarna visade också att i vissa situationer, det är möjligt att bryta mot bilokal kausalitet men inte någon annan typ av lokal kausalitet. Detta fynd tyder vidare på att denna typ av kränkning verkligen skiljer sig från någon vanlig lokal kausalitetsöverträdelse.

"Vårt arbete är ett experimentellt bevis på principen för nätverksgeneraliseringar av Bells sats, "berättade medförfattaren Fabio Sciarrino vid Sapienza -universitetet i Rom Phys.org . "Vi demonstrerade experimentellt hur bilocalitet kan betraktas som en kraftfull resurs som utvidgar våra nuvarande möjligheter att bearbeta information på ett icke-klassiskt sätt."

Övergripande, resultaten bidrar till perspektivet att standard Bell -ojämlikheter bara är en särskild typ av mer allmänna fenomen. Ytterligare utforskning av denna idé kan vägleda utformningen av framtida experiment som kan avslöja större insikt i kränkningarna av lokal kausalitet och hur de kan användas i applikationer. De nya icke-bilokala korrelationerna, till exempel, kan användas som en resurs för att etablera mycket säkra kvantkommunikationskanaler i komplexa kvantnätverk.

I framtiden, forskarna planerar att utöka den experimentella demonstrationen till större kvantnätverk. De noterade också att det nuvarande experimentet är föremål för kryphål, precis som alla andra Bell -test, annat än de senaste kryphålsfria Bell-testerna. Fysikerna hoppas att det en dag också kan utvecklas ett kryphålsfritt test för bilokal kausalitetsöverträdelse.

"Ett naturligt nästa steg är att experimentellt realisera större kvantnätverk genom att lägga till fler noder och mer intrasslade källor, "Sciarrino sa." Våra nuvarande forskningsplaner tar upp studiet av bilokaliteten i kvantnätverk under strikta villkor för referensramar mellan de olika parterna för att belysa en annan egenskap hos denna nya resurs. "

© 2017 Phys.org