Forskare från University of Cambridge har tittat in i den hemliga domänen kvantmekanik. I en teoretisk artikel publicerad i tidskriften Fysisk granskning A , de har visat att hur partiklar interagerar med sin omgivning kan användas för att spåra kvantpartiklar när de inte observeras, som man trodde var omöjligt.

En av kvantteorins grundidéer är att kvantobjekt kan existera både som en våg och som en partikel, och att de inte existerar som det ena eller det andra förrän de mäts. Detta är premissen som Erwin Schrödinger illustrerade med sitt berömda tankeexperiment som involverade en död-eller-kanske-inte-död katt i en låda.

"Denna förutsättning, kallas vanligtvis vågfunktionen, har använts mer som ett matematiskt verktyg än en representation av faktiska kvantpartiklar, sa David Arvidsson-Shukur, en Ph.D. student vid Cambridges Cavendish Laboratory, och tidningens första författare. "Därför antog vi utmaningen att skapa ett sätt att spåra kvantpartiklarnas hemliga rörelser."

Varje partikel kommer alltid att interagera med sin omgivning, "taggar" den längs vägen. Arvidsson-Shukur, som arbetar med sina medförfattare professor Crispin Barnes från Cavendish Laboratory och Axel Gottfries, en Ph.D. student från ekonomiska fakulteten, skisserade ett sätt för forskare att kartlägga dessa "taggnings" -interaktioner utan att titta på dem. Tekniken skulle vara användbar för forskare som gör mätningar i slutet av ett experiment men som vill följa partiklarnas rörelser under hela experimentet.

Vissa kvantforskare har föreslagit att information kan överföras mellan två personer – vanligtvis kallade Alice och Bob – utan att några partiklar rör sig mellan dem. På sätt och vis, Alice får meddelandet telepatiskt. Detta har kallats kontrafaktisk kommunikation eftersom det strider mot det accepterade 'faktumet' att för att information ska föras mellan källor, partiklar måste röra sig mellan dem.

"För att mäta detta fenomen av kontrafaktisk kommunikation, vi behöver ett sätt att fastställa var partiklarna mellan Alice och Bob är när vi inte tittar, "sa Arvidsson-Shukur." Vår "tagging" -metod kan göra just det. Dessutom, vi kan verifiera gamla förutsägelser om kvantmekanik, till exempel att partiklar kan existera på olika platser samtidigt."

Grundarna av modern fysik utarbetade formler för att beräkna sannolikheten för olika resultat från kvantexperiment. Dock, de gav inga förklaringar av vad en kvantpartikel gör när den inte observeras. Tidigare experiment har föreslagit att partiklarna kan göra icke-klassiska saker när de inte observeras, som att finnas på två ställen samtidigt. I deras tidning, Cambridge -forskarna ansåg att alla partiklar som reser genom rymden kommer att interagera med omgivningen. Dessa interaktioner är vad de kallar "taggningen" av partikeln. Interaktionerna kodar information i partiklarna som sedan kan avkodas i slutet av ett experiment, när partiklarna mäts.

Forskarna fann att denna information som kodas i partiklarna är direkt relaterad till den vågfunktion som Schrödinger postulerade för ett sekel sedan. Tidigare var vågfunktionen tänkt som ett abstrakt beräkningsverktyg för att förutsäga resultaten av kvantexperiment. "Vårt resultat tyder på att vågfunktionen är nära besläktad med partiklarnas faktiska tillstånd, "sa Arvidsson-Shukur." Så, vi har kunnat utforska kvantmekanikens "förbjudna domän":att sätta fast kvantpartiklarnas väg när ingen observerar dem."