Vad är interaktion, och när inträffar det? Intuitionen tyder på att det nödvändiga villkoret för interaktionen av oberoende skapade partiklar är deras direkta beröring eller kontakt genom fysiska kraftbärare. Inom kvantmekaniken, resultatet av interaktionen är entanglement – ​​uppkomsten av icke-klassiska korrelationer i systemet. Det verkar som om kvantteorin tillåter intrassling av oberoende partiklar utan någon kontakt. Den grundläggande identiteten hos partiklar av samma slag är ansvarig för detta fenomen.

Kvantmekanik är för närvarande den bästa och mest exakta teorin som används av fysiker för att beskriva världen omkring oss. Dess karakteristiska särdrag, dock, är kvantmekanikens abstrakta matematiska språk, som notoriskt leder till allvarliga tolkningsproblem. Den syn på verkligheten som föreslås av denna teori är fortfarande föremål för vetenskaplig tvist som, över tid, blir bara hetare och mer intressant. Ny forskningsmotivation och spännande frågor förs fram av ett nytt perspektiv som är ett resultat av kvantinformation och experimentella teknikers enorma framsteg. Dessa tillåter verifiering av slutsatserna från subtila tankeexperiment som är direkt relaterade till tolkningsproblemet. Dessutom, forskare gör nu enorma framsteg inom området kvantkommunikation och kvantdatorteknik, som avsevärt drar nytta av icke-klassiska resurser som erbjuds av kvantmekaniken.

Pawel Blasiak från Institutet för kärnfysik vid den polska vetenskapsakademin i Krakow och Marcin Markiewicz från universitetet i Gdansk fokuserar på att analysera allmänt accepterade paradigm och teoretiska begrepp angående grunderna och tolkningen av kvantmekanik. Forskarna försöker avgöra i vilken utsträckning de intuitioner som används för att beskriva kvantmekaniska processer är motiverade i en realistisk syn på världen. För det här syftet, de försöker klargöra specifika teoretiska idéer, fungerar ofta i form av vaga intuitioner, använda matematikens språk. Detta tillvägagångssätt resulterar ofta i uppkomsten av inspirerande paradoxer. Självklart, ju mer grundläggande begrepp som en given paradox relaterar till, desto bättre, eftersom det öppnar upp nya dörrar till en djupare förståelse av ett givet problem.

I denna anda, båda forskarna övervägde den grundläggande frågan:Vad är interaktion, och när inträffar det? Inom kvantmekaniken, resultatet av interaktion är intrassling, vilket är uppkomsten av icke-klassiska korrelationer i systemet. Föreställ dig två partiklar skapade oberoende av varandra i avlägsna galaxer. Det verkar som om ett nödvändigt villkor för uppkomsten av intrassling är kravet att någon gång i deras utveckling, partiklarna rör vid varandra, eller åtminstone att indirekt kontakt ska ske genom en annan partikel eller ett fysiskt fält för att förmedla interaktionen. Hur kan de annars etablera det mystiska bandet av kvantförveckling? Paradoxalt, dock, det visar sig att detta är möjligt. Kvantmekaniken gör att intrassling kan ske utan behov av någon kontakt, även indirekt.

För att motivera en sådan överraskande slutsats krävs ett schema där partiklarna visar icke-lokala korrelationer på avstånd (i ett experiment av Bell-typ). Det subtila med detta tillvägagångssätt är att utesluta möjligheten till en interaktion som förstås som någon form av kontakt längs vägen. Ett sådant system bör också vara ekonomiskt, så det måste utesluta närvaron av kraftbärare som kan förmedla denna interaktion, inklusive ett fysiskt fält eller mellanliggande partiklar. Blasiak och Markiewicz visade hur detta kan göras genom att utgå från de ursprungliga övervägandena av Yurke och Stoler, som de omtolkade som en permutation av vägar som korsas av partiklar från olika källor. Detta nya perspektiv tillåter generering av alla intrasslade tillstånd av två och tre partiklar, undvika all kontakt. Det föreslagna tillvägagångssättet kan lätt utvidgas till fler partiklar.

Hur är det möjligt att trasssla in oberoende partiklar på avstånd utan att de interagerar? En ledtråd föreslås av kvantmekaniken själv, där identiteten – den grundläggande omöjligheten för alla partiklar av samma slag – postuleras. Detta betyder, till exempel, att alla fotoner (liksom andra familjer av elementarpartiklar) i hela universum är desamma, oavsett deras avstånd. Ur ett formellt perspektiv, detta handlar om symmetrisering av vågfunktionen för bosoner eller dess antisymmetri för fermioner.

Effekter av partikelidentitet är vanligtvis förknippade med att deras statistik får konsekvenser för en beskrivning av interagerande multipartikelsystem (som Bose-Einstein-kondensat eller solid-state-bandteori). När det gäller enklare system, det direkta resultatet av partikelidentitet är Paulis uteslutningsprincip för fermioner eller insamling av kvantoptik för bosoner. Det gemensamma för alla dessa effekter är kontakten av partiklar vid en punkt i rymden, som följer den enkla intuitionen av interaktion (till exempel, i partikelteorin, detta kommer ner till interaktionspunkten). Därav tron ​​att konsekvenserna av symmetriisering endast kan observeras på detta sätt. Dock, interaktion till sin natur orsakar förveckling. Därför, det är oklart vad som orsakar de observerade effekterna och icke-klassiska sambanden:Är det en interaktion i sig, eller är det den inneboende omöjligheten att urskilja partiklar? Det schema som forskarna föreslår förbigår denna svårighet, eliminerar interaktion som kan uppstå genom kontakt. Därav, slutsatsen att icke-klassiska korrelationer är en direkt följd av postulatet om partikelidentitet. Härav följer att det finns ett sätt att rent aktivera förtrassling från deras grundläggande oskiljbarhet.

Denna typ av vy, utgående från frågor om grunderna i kvantmekanik, kan praktiskt tillämpas för att generera intrasslade tillstånd för kvantteknik. Artikeln visar hur man skapar ett intrasslat tillstånd med två och tre qubits, och dessa idéer har redan implementerats experimentellt. Det verkar som om de övervägda systemen framgångsrikt kan utökas för att skapa alla intrasslade tillstånd med många partiklar. Som en del av vidare forskning, forskarna avser att i detalj analysera postulatet av identiska partiklar, både ur teoretisk tolkning och praktiska tillämpningar.

Förvånande, postulatet om partiklars omöjlighet att urskilja är inte bara en formell matematisk procedur, men i sin rena form, leder till de konsekvenser som observerats i laboratorier. Är icke-lokalitet inneboende i alla identiska partiklar i universum? Fotonen som sänds ut av monitorskärmen och fotonen från den avlägsna galaxen på djupet av universum verkar vara intrasslade endast av sin identiska natur. Detta är ett stort mysterium som vetenskapen snart kommer att möta.