En grupp forskare från fakulteten för fysik vid universitetet i Warszawa har kastat nytt ljus över Einsteins berömda paradox, Podolsky och Rosen efter 80 år. De skapade ett flerdimensionellt intrasslat tillstånd av en enda foton och en biljon heta rubidiumatomer, och lagrade denna hybridtrassling i laboratoriet i flera mikrosekunder. Forskningen har publicerats i Optica .

I deras berömda Fysisk granskning artikel, publicerades 1935, Einstein, Podolsky och Rosen betraktade sönderfallet av en partikel i två produkter. I deras tankeexperiment, två produkter av förfall projicerades i exakt motsatta riktningar – eller mer vetenskapligt sett, deras momenta var anti-korrelerade. Även om det inte är ett mysterium inom ramen för klassisk fysik, när man tillämpar kvantteorins regler, de tre forskarna kom fram till en paradox. Heisenbergs osäkerhetsprincip, dikterar att position och rörelsemängd för en partikel inte kan mätas samtidigt, ligger i centrum för denna paradox. I Einsteins tankeexperiment, det är möjligt att mäta rörelsemängden för en partikel och omedelbart veta rörelsemängden för den andra utan mätning, eftersom det är precis tvärtom. Sedan, genom att mäta positionen för den andra partikeln, Heisenbergs osäkerhetsprincip tycks kränkas, en uppenbar paradox som allvarligt förbryllade de tre fysikerna.

Vi vet nu att detta experiment inte är faktiskt, en paradox. Einsteins och medarbetares misstag var att tillämpa en partikelosäkerhet på ett system med två partiklar. Om vi ​​behandlar dessa två partiklar som beskrivs av ett enda kvanttillstånd, vi lär oss att den ursprungliga osäkerhetsprincipen upphör att gälla, speciellt om dessa partiklar är intrasslade.

I Quantum Memory Laboratory vid universitetet i Warszawa, gruppen av tre fysiker var de första som skapade ett sådant intrasslat tillstånd, som bestod av ett makroskopiskt objekt - en grupp på ungefär en biljon atomer, och en enda foton. "Enstaka fotoner, spridda under interaktionen av en laserstråle med atomer, registreras på en känslig kamera. En enda registrerad foton bär information om kvanttillståndet för hela gruppen av atomer. Atomerna kan lagras, och deras tillstånd kan hämtas på begäran, " säger Michal Dabrowski, Ph.D. student och medförfattare till artikeln.

Resultaten av experimentet bekräftar att atomerna och den enskilda fotonen är i ett gemensamt intrasslat tillstånd. Genom att mäta fotonens position och rörelsemängd, forskarna fick all information om atomernas tillstånd. För att bekräfta detta, polska forskare omvandlade atomtillståndet till en annan foton, som mättes med samma toppmoderna kamera.

"Vi demonstrerade Einstein-Podolsky-Rosens uppenbara paradox i en mycket liknande version som ursprungligen föreslogs 1935, men vi utökade experimentet genom att lägga till lagring av ljus inom den stora gruppen atomer. Atomer lagrar fotonen i form av en våg gjord av atomspin som innehåller en biljon atomer. Ett sådant tillstånd är mycket robust mot förlust av en enda atom, eftersom information sprids över så många partiklar, säger Michal Parniak, Ph.D. student som deltar i studien.

Experimentet är unikt på ett annat sätt, också. Kvantminnet som lagrar det intrasslade tillståndet tillåter lagring av upp till 12 fotoner samtidigt. Denna ökade kapacitet är lovande när det gäller tillämpningar inom kvantinformationsbehandling. "Den flerdimensionella intrasslingen lagras i vår enhet i flera mikrosekunder, vilket är ungefär tusen gånger längre än i några tidigare experiment, och på samma gång, tillräckligt lång för att utföra subtila kvantoperationer på det atomära tillståndet under lagring, " förklarar Dr. Wojciech Wasilewski, gruppledare för Quantum Memories Laboratory-teamet.

Intrasslingen i det verkliga och fartfyllda rummet, beskrivs i Optica artikel, kan användas tillsammans med andra välkända frihetsgrader som polarisering, möjliggör generering av så kallad hyper-entanglement. Sådana idéer utgör ett nytt och originellt test av grunderna i kvantmekaniken, en teori som är oupphörligt mystisk, erbjuder ändå enorma tekniska framsteg.