Den 30 november, 2016, mer än 100, 000 människor runt om i världen bidrog till en serie första kvantfysiska experiment som är kända som The BIG Bell Test. Använda smartphones och andra internetanslutna enheter, deltagarna bidrog med oförutsägbara bitar, som bestämde hur intrasslade atomer, fotoner, och supraledande enheter mättes i 12 laboratorier runt om i världen. Forskare använde den mänskliga insatsen för att stänga ett envis kryphål i tester av Einsteins princip om lokal realism. Resultaten har nu analyserats, och rapporteras i veckans Natur .

I ett Bell -test (uppkallat efter fysikern John Stewart Bell), par av intrasslade partiklar som fotoner genereras och skickas till olika platser, där partikelegenskaper som fotonernas färger eller ankomsttid mäts. Om mätresultaten tenderar att stämma överens, oavsett vilka egenskaper vi väljer att mäta, det innebär något mycket överraskande:antingen mätningen av en partikel påverkar omedelbart den andra partikeln (trots att den är långt borta), eller till och med främling, fastigheterna existerade aldrig riktigt, utan snarare skapades av själva mätningen. Endera möjligheten motsäger lokal realism, Einsteins världsbild av ett universum oberoende av våra observationer, där inget inflytande kan resa snabbare än ljus.

BIG Bell -testet frågade mänskliga volontärer, känd som Bellsters, att välja mått, för att stänga det så kallade "valfrihets-kryphålet"-möjligheten att partiklarna själva påverkar valet av mätning. Sådan påverkan, om det fanns, skulle ogiltigförklara testet; det skulle vara som att låta eleverna skriva sina egna tentamensfrågor. Detta kryphål kan inte stängas genom att välja med tärningar eller slumpmässiga talgeneratorer, eftersom det alltid finns möjlighet att dessa fysiska system är samordnade med de intrasslade partiklarna. Mänskliga val introducerar elementet i fri vilja, genom vilka människor kan välja oberoende av vad partiklarna kan göra.

Leds av ICFO-The Institute of Photonic Sciences, i Barcelona, BIG Bell Test rekryterade deltagare över hela världen för att bidra med oförutsägbara sekvenser av nollor och enor (bitar) genom ett onlinespel. Bitarna dirigerades till toppmoderna experiment i Brisbane, Shanghai, Wien, Rom, München, Zürich, Trevlig, Barcelona, Buenos Aires, Concepción Chile och Boulder Colorado, där de användes för att ställa in vinklarna för polarisatorer och andra laboratorieelement för att bestämma hur intrasslade partiklar mättes.

Deltagarna bidrog med mer än 90 miljoner bitar, möjliggör ett starkt test av lokal realism, liksom andra experiment på realism i kvantmekanik. De erhållna resultaten håller starkt med Einsteins världsbild, stäng kryphålet för valfrihet för första gången, och demonstrera flera nya metoder i studiet av trassel och lokal realism.

ICFO Quantum Memory EXPERIMENT

Var och en av de 12 laboratorierna runt om i världen utförde ett annat experiment, att testa lokal realism i olika fysiska system och att testa andra begrepp relaterade till realism. ICFO bidrog med två experiment. ICFO 1 -teamet, består av Pau Farrera och Dr. Georg Heinze, ledd av ICREA Prof. på ICFO Hugues de Riedmatten, utförde ett Bell -test med hjälp av sammanfiltring mellan två mycket olika objekt:en enda foton och ett instängt moln med miljontals atomer. Detta moln fungerade som ett "kvantminne" som lagrade materiens del av det intrasslade tillståndet under en tid, och överföra den senare till en annan enda foton. Trasseln analyserades med användning av optiska interferometrar och enstaka fotondetektorer. Mätinställningarna för dessa interferometrar valdes av slumpmässiga nummer från Bellsters. Specifikt, slumpmässiga tal bestämde spänningarna som applicerades på en piezoelektrisk anordning som var ansluten till interferometrarna. De erhållna resultaten motsäger klart begreppet lokal realism.

ICFO 2-teamet utförde ett Bell-test med hjälp av intrassling mellan två enstaka fotoner med olika färg som genererades med en solid-state fotonpar. Forskarna, Dr Andreas Lenhard, Alessandro Seri, Dr Daniel Rieländer, och Dr Margherita Mazzera, ledd av ICREA Prof. Hugues de Riedmatten, kan generera smalbandiga fotonpar i flera diskreta frekvenslägen. Efter att ha separerat fotonerna i paret, deras trassel analyserades med hjälp av, i var och en av de två armarna, en elektrooptisk modulator för att överlappa de olika frekvenslägena och en optisk kavitet som spektralfilter. Slumpmässiga siffror från Bellsters utnyttjades för att välja spänningar som driver både moduleringsamplituden och fasen hos elektrooptiska modulatorer. Experimentet gjordes i samarbete med ICFO -forskarna Dr. Osvaldo Jimenez, Dr Alejandro Mattár och Dr. Daniel Cavalcanti, ledd av ICREA Prof. vid ICFO Antonio Acín. De utvecklade en modell för att beskriva det genererade intrasslade tillståndet och hitta de optimala mätningarna för att motsäga lokal realism. Från experimentet som utfördes den 30 november, 2016, lokala realismsteorier kan uteslutas med en signifikansnivå på 3 standardavvikelser, medan en starkare kränkning, med mer än 8 standardavvikelser, uppnåddes under veckorna efter Big Bell Test -dagen genom att utföra längre mätningar med lagrade mänskliga slumpmässiga nummer.

Hugues de Riedmatten, ICREA -professor vid ICFO:"BBT var en stor upplevelse. Det var fantastiskt att se slumpmässiga nummer skapade av Bellsters över hela världen ta kontroll över våra experiment i realtid, och att se så många människor delta i ett kvantfysiska experiment. "

Carlos Abellan, forskare vid ICFO och initiativtagare till projektet:"BIG Bell Test var ett otroligt utmanande och ambitiöst projekt. Det lät omöjligt svårt på dag noll, men blev verklighet genom insatser från dussintals passionerade forskare, vetenskapskommunikatörer, journalister och media, och särskilt de tiotusentals människor som bidrog till experimentet under 30 november, 2016. "

Morgan Mitchell, ledare för BBT -projektet och ICREA -professor vid ICFO:"Det som är mest fantastiskt för mig är att argumentet mellan Einstein och Niels Bohr, efter mer än 90 års ansträngningar för att göra det rigoröst och experimentellt testbart, behåller fortfarande ett mänskligt och filosofiskt inslag. Vi vet att Higgs boson och gravitationella vågor finns tack vare fantastiska maskiner, fysiska system byggda för att testa fysikens lagar. Men lokal realism är en fråga som vi inte helt kan svara på med en maskin. Det verkar som om vi själva måste vara en del av experimentet, för att hålla universum ärligt. "

BIG Bell Test -teamet vill återigen tacka de tusentals deltagare som så generöst och entusiastiskt bidragit till detta initiativ. Utan detta viktiga bidrag, experimentet hade aldrig varit möjligt.