פיזיקאים ישראלים מוכיחים שזמן אינו משפיע על שזירה קוונטית

פיזיקאים מהאוניברסיטה העברית בירושלים ערכו ניסוי אשר מאמת ומראה שהשזירה הקוונטית בין שני פוטונים אפשרית גם אם הפוטונים לא מתקיימים באותו הזמן

מזה זמן רב יודעים פיזיקאים שמכניקת הקוונטים מאפשרת קיום קשרים בין חלקיקים מרוחקים. התופעה הנקראת שזירה קוונטית (Quantum Entanglement) היא תיאום בין התכונות הפיזיקליות המדידות של שני חלקיקים ברגע בו נעשית מדידה על אחד מהם. המדידה גורמת לקריסת פונקציית הגל המציינת את המצב הקוונטי המשותף של החלקיקים ותוצאת המדידה משתקפת מיד בחלקיק השני גם אם השניים נמצאים במרחק שנות אור האחד מהשני. כעת, מדענים ישראליים מהאוניברסיטה העברית בירושלים הראו כיצד הם שוזרים שני פוטונים שכלל לא מתקיימים באותו זמן.

ג'רמי אובריין, מדען מאוניברסיטת בריסטול בבריטניה התרשם מהממצאים ואמר: "שזירה קוונטית כזו, המופרדת על ידי הזמן נתמכת על ידי תיאוריית הקוונטים הסטנדרטית אך עד כה היו מעטים המדענים שלקחו אותה ברצינות ולדעתי זוהי הפעם הראשונה שהיא מוכחת באופן ברור".

השזירה הקוונטית היא מסוג התופעות המבלבלות שמתקיימות בתיאוריית הקוונטים. פוטון יכול להיות מקוטב אנכית או אופקית. מתוקף עקרון אי הוודאות המתקיים בתורתהקוונטים, אותו הפוטון יכול להיות מקוטב אנכית ואופקית בו זמנית. כאשר מתבצעת מדידה של אותו הפוטון הוא מתגלה במצב יחיד בלבד, מקוטב אנכית או מקוטב אופקית. המצב בו מתקיימות שתי האפשרויות קורס לתוצאה רנדומלית אחת זו או אחרת.

המדענים הוכיחו (מצד ימין) כי שזירה קוונטית בין פוטונים יכולה להתרחש גם כשאחד מהם כבר הושמד ואינו קיים עוד

השזירה אפשרית כשאר ישנם שני פוטונים. שניהם יכולים להיות נתונים במצב הלא וודאי בו הקוטביות שלהם היא גם אנכית וגם אופקית בו זמנית. עוד לפני שהקוטביות שלהם נקבעת ניתן ליצור בין הקוטביות שלהם תיאום. כאשר הפוטון הראשון ימדד ניתן יהיה להגיד בוודעות שמצב הקוטביות של הפוטון השני קרס לאותו ערך. בגלל שמעבר התוצאה בין פוטון אחד לשני קורה מיידית ללא קשר למרחק בין שני הפוטונים נראה שהמידע מהפוטון הראשון לשני נע במהירות אינסופית וגבוהה ממהירות האור. איינשטיין קרא לתופעה "פעולה מבהילה ממרחק". אך התופעה אינה מפרה את תורת היחסות של איינשטיין כיוון שלא ניתן לשלוט בתוצאת המדידה של הפוטון. לכן, השזירה הקוונטית אינה יכולה לשמש להעברת מידע מהר ממהירות האור.

אלי מגידיש, חגי איזנברג וכמה מעמיתיהם באוניברסיטה העברית שזרו שני פוטונים שלא קיימים באותו הזמן. הם עשו זאת בעזרת מודל "החלפת השזירה". הם הקרינו גביש בטא בריום בוראט באלומות לייזר כדי ליצור שני זוגות של פוטונים שזורים על ידי פירוק הפוטונים הבודדים לשני פוטונים בעלי אורך גל שווה ארוך יותר. זוג פוטונים שמספרם 1 ו-2 וזוג שמספרם 3 ו-4. כדי לשזור את פוטון 2 עם פוטון 3 מדדו החוקרים האם שני הפוטונים במצב קוטביות יחודי זה או אחר. המדידה שוזרת את שני הפוטונים. אם החוקרים מבודדים רק את המקרים בהם שני הפוטונים נמצאים במצב קוטביות אנכי לדוגמה, אז המדידה שוזרת גם את פוטונים 1 ו-4 בינהם. בדומה לחיבור שני גלגלי שיניים, א' ו-ב' המחוברים כל אחד לגלגל שיניים אחר, ג' ו-ד' בהתאמה, בשרשרת בעזרת שרשרת נוספת. התוצאה היא היווצרות חיבור בין גלגלי השניים ג' ו-ד'.

גילוי פיזיקלי חשוב שמקורו בארץ הקודש

כדי להוכיח שפוטון 1 ופוטון 4 יכולים להיות שזורים גם אם הם לא קיימית באותו הזמן החוקרים שזרו בינהם את הפוטונים 1 ו-2 ומיד מדדו את הקוטביות של פוטון 1. לאחר מכן הם שזרו בינהם את הפוטונים 3 ו-4. לבסוף הם מדדו את הקוטביות של פוטון 4. כך למרות שפוטון 1 ופוטון 4 לא היו קיימים באותו הזמן, המדידה מראה שהקוטביות שלהם זהה.

הניסוי מראה שאין לראות בתופעת השזירה הקוונטית תופעה פיזית מוחשית. כיוון שאין רגע בו שני הפוטונים קיימים יחד ולפיכך אין גם רגע מסויים בו השזירה עצמה קיימת. אם זאת, התופעה בהחלט קיימת. אנטון זלינג'ר, פיזיקאי מאוניברסיטת ויינה מדגיש כיצד הניסוי מדגים את טבעה החמקמק של המכניקה הקוונטית. "הניסוי מראה, פחות או יותר, שמציאות הקוונטים היא מחוץ להבנתינו היומיומית של מרחב וזמן".