Ett systems tillstånd karakteriseras som intrasslat eller kvantkorrelerat om två eller flera partiklar inte kan beskrivas som en kombination av separata, oberoende stater men bara som helhet. Forskare vid Kirchhoff Institute for Physics vid Heidelberg University lyckades nyligen verifiera så kallade icke-lokala kvantkorrelationer mellan ultrakylda moln av rubidiumatomer. Under ledning av Prof. Dr. Markus Oberthaler och Prof. Dr. Thomas Gasenzer, forskarna kunde få viktiga nya insikter om karaktären hos kvantmekaniska system med många kroppar.
Korrelationerna som teorin om kvantmekanik förutspår är kontraintuitiva. Dessa kvantkorrelationer tycks motsäga Heisenbergs osäkerhetsprincip, som säger att två egenskaper hos ett objekt, som position och hastighet, kan aldrig bestämmas exakt samtidigt. I kvantmekaniska system, dock, två partiklar kan framställas för att exakt förutsäga positionen för partikel två genom att lokalisera positionen för partikel ett. Liknande, mätning av en partikels hastighet gör det möjligt att förutsäga den andra partiets hastighet. "I detta fall, positionen och hastigheten för partikel två behöver bestämmas exakt före mätning, "säger prof. Oberthaler." Mätresultatet för partikel ett kan inte omedelbart vara närvarande vid partikel tvås position om de två är rumsligt åtskilda. "
Osäkerhetsprincipen stöder faktiskt inte denna samtidiga bestämning av position och hastighet. Men inom kvantmekanik, två objekt anses inte separata om de är korrelerade, d.v.s. intrasslad, därmed lösa den uppenbara motsättningen. "Om vi kan bevisa att mätresultat för olika observerbara ämnen i ett system faktiskt kan förutses genom att mäta en sekund, fjärrsystem, då kan vi också använda detta bevis för att styrka intrassling - och det är precis vad vi gjorde i vårt experiment, "säger Philipp Kunkel, studiens huvudförfattare.
I deras experiment, forskarna använde ett moln på cirka 11, 000 rubidiumatomer, som de svalnade till extremt låga temperaturer. Med laserljus, de höll atomerna upphängda i en vakuumkammare, vilket gjorde att de kunde utesluta störande effekter, såsom kollisioner med luftmolekyler. Eftersom kvanteffekter endast kan detekteras vid mycket låga temperaturer, arbete med ultrakylda atomer krävs. Som när man mäter position och hastighet, dessa extrema förhållanden tillåter partiklarnas inre tillstånd, kallas ofta spin, ska mätas också. "Genom att mäta snurr i ena halvan av molnet, vi kunde förutsäga snurrningen i den andra mer exakt än den lokala osäkerhetsprincipen skulle tillåta, "förklarar Philipp Kunkel.
Karakteriseringen av kvantmekaniska mångkroppssystem är viktig för framtida applikationer som kvantdatorer och kvantkommunikation, bland andra. De senaste Heidelberg -forskningsresultaten publicerades i Vetenskap .
