I en nyligen publicerad studie publicerad i tidskriften Nature Physics, visade ett team av fysiker under ledning av Dr Norbert Schuch vid universitetet i Wien experimentellt förbättrad icke-lokalitet, även känd som "spöklik handling på avstånd", mellan två atomjoner. Denna observation ger nya insikter om kvantmekanikens grundläggande natur och har implikationer för kvantinformationsbehandling och kommunikation.

Kvantintrassling är ett fenomen där två eller flera partiklar blir korrelerade på ett sådant sätt att deras tillstånd är sammanlänkade, oavsett avståndet mellan dem. Detta icke-klassiska beteende, förutspått av kvantmekaniken, trotsar vår klassiska intuition och har varit föremål för intensiv forskning och debatt.

I sitt experiment använde fysikerna ett par ytterbiumjoner fångade i ett optiskt gitter. Genom att noggrant kontrollera interaktionerna mellan jonerna och applicera skräddarsydda laserpulser kunde de skapa ett specifikt intrasslat tillstånd känt som "maximalt intrasslat Bell-tillstånd". I det här tillståndet är snurrarna för de två jonerna maximalt korrelerade, vilket betyder att de antingen är båda upp eller båda ner, med lika stor sannolikhet.

Forskarna mätte sedan sambanden mellan jonernas spinn med en teknik som kallas kvanttillståndstomografi. Detta gjorde det möjligt för dem att rekonstruera systemets kvanttillstånd och kvantifiera graden av intrassling. Resultaten visade att intrasslingen mellan jonerna verkligen förbättrades jämfört med andra intrasslade tillstånd.

Den förbättrade icke-lokaliteten som observerades i experimentet uppstår på grund av de specifika egenskaperna hos det maximalt intrasslade Bell-tillståndet. I detta tillstånd är jonernas spinn perfekt korrelerade, och alla lokala mätningar som utförs på en jon påverkar omedelbart den andra, oavsett avståndet mellan dem. Detta beteende kan inte förklaras av klassisk fysik och belyser de unika egenskaperna hos kvantmekaniken.

Demonstrationen av förbättrad icke-lokalitet i jonpar har flera implikationer. Det ger en djupare förståelse för kvantmekanikens grundläggande principer och förvecklingens natur. Dessutom kan det ha praktiska tillämpningar inom kvantinformationsbehandling och kommunikation. Till exempel kan den förbättrade intrasslingen mellan jonerna utnyttjas för säkra kvantkommunikationsprotokoll eller kvantteleportering, där kvantinformation överförs mellan avlägsna platser.

Studien representerar en viktig milstolpe inom området kvantfysik genom att experimentellt verifiera den förbättrade icke-lokaliteten som förutsägs av kvantmekaniken. Det öppnar nya vägar för att utforska gränserna för kvantkorrelationer och deras potentiella tillämpningar inom kvantteknik.