En av de mest grundläggande egenskaperna hos kvantfysiken är Bells icke-lokalitet:det faktum att kvantmekanikens förutsägelser inte kan förklaras av någon lokal (klassisk) teori. Detta har anmärkningsvärda konceptuella konsekvenser och långtgående tillämpningar inom kvantinformation.

Dock, i vår vardagliga upplevelse, makroskopiska objekt verkar bete sig enligt reglerna för klassisk fysik, och de samband vi ser är lokala. Är det verkligen så, eller kan vi utmana denna syn? I en färsk tidning i Fysiska granskningsbrev , forskare från universitetet i Wien och Institutet för kvantoptik och kvantinformation (IQOQI) vid den österrikiska vetenskapsakademin har visat att det är möjligt att helt bevara den matematiska strukturen av kvantteorin i den makroskopiska gränsen. Detta kan leda till observationer av kvant-icke-lokalitet i makroskopisk skala.

Vår vardagliga erfarenhet säger oss att makroskopiska system lyder klassisk fysik. Det är därför naturligt att förvänta sig att kvantmekaniken måste reproducera klassisk mekanik i den makroskopiska gränsen. Detta är känt som korrespondensprincipen, som fastställdes av Bohr 1920. Ett enkelt argument för att förklara denna övergång från kvantmekanik till klassisk mekanik är den grovkorniga mekanismen:om mätningar utförda på makroskopiska system har begränsad upplösning och inte kan lösa enskilda mikroskopiska partiklar, då beter sig resultaten klassiskt.

Ett sådant argument, tillämpas på (icke-lokala) Bell-korrelationer, leder till principen om makroskopisk lokalitet. Liknande, temporala kvantkorrelationer reduceras till klassiska korrelationer (makroskopisk realism) och kvantkontextualitet reduceras till makroskopisk icke-kontextualitet. Man trodde starkt att övergången från kvant till klassisk är universell, även om ett allmänt bevis saknades. För att illustrera poängen, låt oss ta exemplet med quantum nonlocality.

Antag att vi har två avlägsna observatörer, Alice och Bob, som vill mäta styrkan i sambandet mellan sina lokala system. Vi kan föreställa oss en typisk situation där Alice mäter sin lilla kvantpartikel och Bob gör samma sak med sin och de kombinerar sina observationsresultat för att beräkna motsvarande korrelation. Eftersom deras resultat i sig är slumpmässiga (som alltid är fallet i kvantexperiment), de måste upprepa experimentet ett stort antal gånger för att hitta medelvärdet av korrelationerna. Det viktigaste antagandet i detta sammanhang är att varje körning av experimentet måste upprepas under exakt samma förhållanden och oberoende av andra körningar, vilket är känt som IID (oberoende och identiskt distribuerad) antagande.

Till exempel, när du utför slumpmässiga myntkast, vi måste se till att varje kast är rättvist och opartisk, vilket resulterar i en uppmätt sannolikhet på (ungefär) 50 % för huvuden/svansarna efter många repetitioner. Ett sådant antagande spelar en central roll i de befintliga bevisen för minskningen till klassiskitet i den makroskopiska gränsen. Dock, makroskopiska experiment tar hänsyn till kluster av kvantpartiklar som packas ihop och mäts tillsammans med en begränsad upplösning (grovkornig). Dessa partiklar interagerar med varandra, så det är inte naturligt att anta att korrelationer på mikroskopisk nivå är fördelade i enheter av oberoende och identiska par. Om så är fallet, vad händer om vi släpper IID-antagandet? Uppnår vi fortfarande reduktion till klassisk fysik i gränsen för ett stort antal partiklar?

I deras senaste arbete, Miguel Gallego (University of Wien) och Borivoje Dakić (University of Wien and IQOQI) har visat att, förvånande, kvantkorrelationer överlever i den makroskopiska gränsen om korrelationerna inte är IID-fördelade på nivån av mikroskopiska beståndsdelar.

"IID-antagandet är inte naturligt när man har att göra med ett stort antal mikroskopiska system. Små kvantpartiklar interagerar starkt och kvantkorrelationer och intrassling är fördelade överallt. Givet ett sådant scenario, vi reviderade befintliga beräkningar och kunde hitta fullständigt kvantbeteende i makroskopisk skala. Detta är helt emot korrespondensprincipen, och övergången till klassiskitet äger inte rum", säger Borivoje Dakić.

Genom att beakta observerbara fluktuationer (avvikelser från förväntningsvärden) och en viss klass av intrasslade tillstånd med många kroppar (icke-IID-tillstånd), författarna visar att hela den matematiska strukturen av kvantteorin (t.ex. Borns regel och superpositionsprincipen) bevaras i gränsen. Denna fastighet, som de kallar makroskopiskt kvantbeteende, ger dem direkt möjlighet att visa att Bells icke-lokalitet är synlig i den makroskopiska gränsen. "Det är fantastiskt att ha kvantregler i makroskopisk skala. Vi måste bara mäta fluktuationer, avvikelser från förväntade värden, och vi kommer att se kvantfenomen i makroskopiska system. Jag tror att detta öppnar dörren till nya experiment och tillämpningar, säger Miguel Gallego.