Att lägga till starka senaste demonstrationer att ljuspartiklar utför det som Einstein kallade "spöklik handling på avstånd, "där två separerade objekt kan ha en anslutning som överstiger vardagens upplevelse, fysiker vid National Institute of Standards and Technology (NIST) har bekräftat att materialpartiklar också kan verka riktigt läskiga.

NIST -teamet trasslade in ett par berylliumjoner (laddade atomer) i en fälla, därmed länka deras egenskaper, och separerade sedan paret och utförde en av en uppsättning möjliga manipulationer på varje jons egenskaper innan de mäts. I tusentals körningar, parets mätresultat matchade i vissa fall, eller i andra fall skilde sig, oftare än vardagliga erfarenheter skulle förutsäga. Dessa starka korrelationer är kännetecken för kvantinvikling.

Vad mer, statistiska beräkningar fann att jonparen uppvisade en sällsynt hög nivå av spöklighet.

"Vi är övertygade om att jonerna är 67 procent läskiga, "sa Ting Rei Tan, huvudförfattare till en ny Fysiska granskningsbrev papper om experimenten.

Experimenten var "kedjade" klockprov, vilket betyder att de konstruerades från en serie möjliga uppsättningar manipulationer på två joner. Till skillnad från tidigare experiment, dessa var förbättrade Bell -tester där antalet möjliga manipulationer för varje jon valdes slumpmässigt bland uppsättningar om minst två och så många som 15 val.

Denna metod ger starkare statistiska resultat än konventionella Bell -test. Det beror på att när antalet alternativ växer för att manipulera varje jon, chansen minskar automatiskt att jonerna beter sig av klassisk, eller icke-kvant, regler. Enligt klassiska regler, alla objekt måste ha bestämda "lokala" egenskaper och kan bara påverka varandra med ljusets hastighet eller långsammare. Klockprov har länge använts för att visa att genom kvantfysik, objekt kan bryta en eller båda av dessa regler, visar spöklik handling.

Konventionella Bell -tester producerar data som är en blandning av lokal och skrämmande handling. Perfekt kedjade Bell -tester kan, i teorin, bevisa att det inte finns någon chans till lokalt inflytande. NIST -resultaten sjönk till 33 procent chans för lokalt inflytande - lägre än konventionella Bell -tester kan uppnå, även om det inte är det lägsta som någonsin rapporterats för ett kedjat test, Sa Tan.

Dock, NIST -experimentet bröt ny mark genom att stänga två av tre "kryphål" som kan undergräva resultaten, det enda kedjade Bell -testet för att göra detta med tre eller flera alternativ för att manipulera materialpartiklar. Resultaten är tillräckligt bra för att dra slutsatsen att de intrasslade tillstånden har hög kvalitet med minimala antaganden om experimentet - en sällsynt prestation, Sa Tan.

Förra året, en annan grupp NIST -forskare och samarbetspartners stängde alla tre kryphål i konventionella Bell -tester med ljuspartiklar. De nya jonförsöken bekräftar igen att spöklik handling är verklig.

"Faktiskt, Jag trodde på kvantmekanik före detta experiment, "Tan sa med ett skratt." Vår motivation var att vi försökte använda detta experiment för att visa hur bra vår fångade jonkvantberäkningsteknik är, och vad vi kan göra med det. "

Forskarna använde samma inställning av jonfällor som i tidigare kvantberäkningsexperiment. Med denna apparat, forskare använder elektroder och lasrar för att utföra alla grundläggande steg som behövs för kvantberäkning, inklusive att förbereda och mäta jonernas kvanttillstånd; transport av joner mellan flera fällzoner; och skapa stabila kvantbitar (qubits), qubit rotationer, och pålitliga två-qubit logiska operationer. Alla dessa funktioner behövdes för att genomföra de kedjade Bell -testerna. Kvantdatorer förväntas en dag lösa problem som för närvarande är svårhanterliga som att simulera supraledning (flödet av el utan motstånd) och bryta dagens mest populära datakrypteringskoder.

I NIST:s kedjade Bell -tester, antalet inställningar (alternativ för olika manipulationer före mätning) varierade från två till 15. Manipulationerna verkade på jonernas interna energistatus som kallas "snurra upp" eller "snurra ner". Forskarna använde lasrar för att rotera jonerna i specifika vinklar före de slutliga mätningarna.

Forskare utförde flera tusen körningar för varje inställning och samlade två datamängder med 6 månaders mellanrum. Mätningarna bestämde jonernas spinntillstånd. Det fanns fyra möjliga slutresultat:(1) båda jonerna snurrar upp, (2) första jon snurra upp och andra jon snurra ner, (3) första jon snurra ner och andra jon snurra upp, eller (4) båda jonerna snurrar ner. Forskare mätte tillstånden baserat på hur mycket jonerna fluorescerade eller spridda ljus - ljusa snurrade upp och mörka snurrade ner.

NIST -experimentet stängde detektions- och minneshålen, som annars kan tillåta vanliga klassiska system att framstå som läskiga.

Detektionshålet öppnas om detektorer är ineffektiva och en delmängd av data används för att representera hela datamängden. NIST -testerna stängde detta kryphål eftersom fluorescensdetekteringen var nära 100 procent effektiv, och mätresultaten för varje försök i varje experiment registrerades och användes för att beräkna resultat.

Minnesklyftan öppnas om man antar att resultaten av försöken är identiskt fördelade eller om det inte finns några experimentella drifts. Tidigare kedjade Bell -tester har åberopat detta antagande, men NIST -testet kunde släppa det. NIST -teamet stängde minnesluckan genom att utföra tusentals extra tester under många timmar med en uppsättning av sex möjliga inställningar, med hjälp av en slumpmässigt vald inställning för varje försök och utveckla en mer robust statistisk analysteknik.

NIST -experimenten stängde inte lokalt kryphål, som är öppen om det är möjligt för val av inställningar att kommuniceras mellan jonerna. För att stänga detta kryphål, man skulle behöva separera jonerna med så stort avstånd att kommunikation mellan dem skulle vara omöjlig, även med låg hastighet. I NIST -experimentet jonerna måste placeras nära varandra (högst 340 mikrometer från varandra) som ska trasslas in och sedan mätas, Tan förklarade.