Πειράματα με κβαντική αιτία και αποτέλεσμα αποκαλύπτουν κρυφή μη κλασικότητα PlatoBlockchain Data Intelligence. Κάθετη αναζήτηση. Ολα συμπεριλαμβάνονται.

Πειράματα με κβαντική αιτία και αποτέλεσμα αποκαλύπτουν κρυμμένη μη κλασικότητα

Χρονική σήμανση: 26 Μαΐου 2022 12:00 μ.μ.

Εξηγήσεις αιτίας-αποτελέσματος όπως «το catnip κάνει τις γάτες να είναι χαρούμενες», «τα αστεία προκαλούν γέλιο» και «συναρπαστικές αιτίες έρευνας Κόσμος Φυσικής άρθρα» είναι ένας χρήσιμος τρόπος οργάνωσης της γνώσης για τον κόσμο. Τα μαθηματικά αιτίου-αποτελέσματος υποστηρίζουν τα πάντα, από την επιδημιολογία μέχρι την κβαντική φυσική. Στον κβαντικό κόσμο, ωστόσο, η σχέση μεταξύ αιτίας και αποτελέσματος δεν είναι τόσο απλή. Μια διεθνής ομάδα φυσικών έχει τώρα χρησιμοποιήσει κβαντικές παραβιάσεις της κλασικής αιτιότητας για να κατανοήσει καλύτερα τη φύση της αιτίας και του αποτελέσματος. Στη διαδικασία, η ομάδα αποκάλυψε την κβαντική συμπεριφορά σε μια κατάσταση όπου οι τυπικές μέθοδοι υποδεικνύουν ότι το σύστημα θα έπρεπε να είναι κλασικό – ένα αποτέλεσμα που θα μπορούσε να έχει εφαρμογές στην κβαντική κρυπτογραφία.

googletag.cmd.push (function () {googletag.display ('div-gpt-ad-3759129-1');});

Στην κβαντική φυσική, ένα αποτέλεσμα γνωστό ως θεώρημα του Bell δηλώνει ότι καμία θεωρία που ενσωματώνει τοπικές «κρυφές» μεταβλητές δεν μπορεί ποτέ να αναπαράγει τους συσχετισμούς μεταξύ των αποτελεσμάτων των μετρήσεων που προβλέπει η κβαντική μηχανική. Ένα παρόμοιο αποτέλεσμα εμφανίζεται στη θεωρία της αιτιακής συναγωγής, όπου τα κβαντικά συστήματα αψηφούν επίσης τους κανόνες του κλασικού αιτιακού συλλογισμού. Η ιδέα πίσω από την προσέγγιση της αιτιώδους συναγωγής είναι ότι ενώ μια στατιστική συσχέτιση μεταξύ δύο μεταβλητών μπορεί να προκύψει λόγω μιας άμεσης αιτιώδους σχέσης μεταξύ τους, η συσχέτιση μπορεί επίσης να περιέχει τη συμβολή μιας κρυφής κοινής αιτίας. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτή η κρυφή συνεισφορά μπορεί να ποσοτικοποιηθεί και αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να δείξει ότι υπάρχουν κβαντικές συσχετίσεις ακόμη και όταν το θεώρημα του Bell δεν μπορεί να παραβιαστεί.

Η συναγωγή της αιτιακής δομής επιτυγχάνει τον άμεσο έλεγχο της αιτίας και του αποτελέσματος

Στην τελευταία εργασία, μια ομάδα με επικεφαλής τον πειραματικό φυσικό Davide Poderini και συνεργάτες στη Βραζιλία, τη Γερμανία, την Ιταλία και την Πολωνία συνδυάζουν θεωρία και πείραμα για να δείξουν κβαντικά φαινόμενα σε ένα σύστημα που διαφορετικά θα φαινόταν κλασικό. Οι ερευνητές διερευνούν την έννοια της αιτίας και του αποτελέσματος εξετάζοντας εάν οι συσχετίσεις μεταξύ δύο μεταβλητών, Α και Β, υπονοούν ότι η μία είναι η αιτία της άλλης ή εάν κάποια άλλη (δυνητικά μη παρατηρούμενη) μεταβλητή μπορεί να είναι η πηγή των συσχετίσεων.

Στην έρευνά τους, οι ερευνητές χρησιμοποιούν ένα μοντέλο αιτίου (βλ. εικόνα) στο οποίο τα στατιστικά στοιχεία της μεταβλητής Α επηρεάζουν εκείνα της μεταβλητής Β, είτε άμεσα είτε με τη δράση μιας κοινής πηγής (που ονομάζεται Λ) που συνδέει το αποτέλεσμα και των δύο μεταβλητών ακόμη και χωρίς την ύπαρξη αιτιώδους συνάφειας μεταξύ τους. Για να διακρίνουν αυτά τα δύο σενάρια, οι ερευνητές πραγματοποιούν μια παρέμβαση στη μεταβλητή Α που διαγράφει τυχόν εξωτερικές επιρροές. Αυτό αφήνει τη μεταβλητή Α υπό τον πλήρη έλεγχο του πειραματιστή, καθιστώντας δυνατή την εκτίμηση της άμεσης αιτιώδους συνάφειας μεταξύ Α και Β.

Πειράματα με κβαντική αιτία και αποτέλεσμα αποκαλύπτουν κρυφή μη κλασικότητα PlatoBlockchain Data Intelligence. Κάθετη αναζήτηση. Ολα συμπεριλαμβάνονται.
Πως δουλεύει: Ένα κατευθυνόμενο άκυκλο γράφημα του οργανικού σεναρίου. Οι κυκλικοί κόμβοι αντιπροσωπεύουν παρατηρήσιμες μεταβλητές, ενώ οι τριγωνικοί κόμβοι αντιπροσωπεύουν κρυφές. α) Η άμεση αιτιακή επιρροή μπορεί να είναι δύσκολο να εκτιμηθεί μεταξύ των μεταβλητών Α και Β παρουσία ενός κρυφού παράγοντα ή κοινής αιτίας Λ που επηρεάζει και τις δύο. β) Μια οργανική μεταβλητή Χ εισάγεται επομένως στη δεσμευμένη μεταβλητή Α ως άμεση επιρροή στο Β. γ) Η μεταβλητή Α αφήνεται υπό τον έλεγχο του πειραματιστή, αφαιρώντας την επιρροή του κοινού παράγοντα Λ και καθιστώντας δυνατή την εκτίμηση της άμεσης αιτιώδους συνάφειας προς B. (Ευγενική προσφορά: Davide Poderini/Sapienza University of Rome)

Εναλλακτικά, με την εισαγωγή μιας πρόσθετης μεταβλητής Χ που είναι ανεξάρτητη από τις Β και Λ, τυχόν παρατηρούμενες συσχετίσεις μεταξύ των μεταβλητών Α και Β μπορούν να αποσυντεθούν σε πιθανότητες υπό όρους. Αυτές οι πιθανότητες υπό όρους θέτουν ένα χαμηλότερο όριο στον βαθμό της αιτιώδους επίδρασης μεταξύ των μεταβλητών, καθιστώντας δυνατή την εκτίμηση του επιπέδου επιρροής μεταξύ Α και Β.

Οι ερευνητές αποκαλούν αυτό το κάτω όριο οργανική ανισότητα και είναι ένας κλασικός περιορισμός που (παρόμοιος με την ανισότητα που προκύπτει από το θεώρημα του Bell) πηγάζει από την επιβολή αυτής της αιτιακής δομής σε ένα πείραμα. Ως αποτέλεσμα, ο βαθμός της κβαντικής αιτιώδους επιρροής μεταξύ των μεταβλητών Α και Β θα είναι μικρότερος από το ελάχιστο που απαιτείται για ένα κλασικό σύστημα, επιτρέποντας την παρατήρηση της μη κλασικότητας μέσω μιας παρέμβασης ακόμη και όταν δεν παραβιάζεται καμία ανισότητα Bell.

Η πειραματική παρέμβαση αποκαλύπτει κβαντικά αποτελέσματα

Για να παρατηρήσουν την οργανική αιτιακή διαδικασία, οι ερευνητές δημιούργησαν ζεύγη φωτονίων με μπερδεμένες πολώσεις και τα μέτρησαν σε διαφορετικές αναπαραστάσεις του χώρου καταστάσεων ή των βάσεων. Χάρη στη μπερδεμένη φύση των φωτονίων, η επιλογή της βάσης για το ένα καθορίζεται από τη μέτρηση του άλλου, παράγοντας έναν μηχανισμό «τροφοδοσίας προς τα εμπρός» που υλοποιεί μια άμεση αιτιακή σύνδεση μεταξύ των δύο μεταβλητών. Ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας τροφοδοσίας, οι ερευνητές παρατηρούν πειραματικά παραβιάσεις των κλασικών κατώτερων ορίων για την αιτιακή επιρροή μεταξύ δύο μεταβλητών, παράγοντας πολλές κβαντικές καταστάσεις που χαρακτηρίζονται από διαφορετικούς βαθμούς εμπλοκής.

Όπως η ανισότητα του Bell, η παραβίαση αυτού του κλασικού κάτω ορίου αντιπροσωπεύει μια υπογραφή κβαντικών συσχετισμών. Επιπλέον, παράγει στατιστικά δεδομένα που μπορούν να λειτουργήσουν ως θεμέλιο οποιουδήποτε βασικού κβαντικού κρυπτογραφικού πρωτοκόλλου. Ενώ τα τρέχοντα κρυπτογραφικά πρωτόκολλα βασίζονται στο θεώρημα του Bell, το συμπέρασμα της αιτιακής δομής από την ενόργανη παρέμβαση αντιπροσωπεύει μια γενικότερη συμβατότητα μεταξύ της κλασικής αιτιότητας και της κβαντικής θεωρίας. Ο Poderini και οι συνεργάτες του επιδιώκουν να πειραματιστούν με διαφορετικά αιτιακά σενάρια για να εξερευνήσουν πολύπλοκα δίκτυα με πλουσιότερους συσχετισμούς, τα οποία μπορούν να αξιοποιηθούν για την ανάπτυξη νέων κβαντικών τεχνολογιών. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι οι πειραματικές τεχνικές τους θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε κβαντικά πλεονεκτήματα στα κρυπτογραφικά πρωτόκολλα, καθιστώντας δυνατή την υλοποίηση πιο ανθεκτικών και λιγότερο απαιτητικών τεχνολογικά εργαλείων κρυπτογράφησης.

Ο ορθοστάτης Πειράματα με κβαντική αιτία και αποτέλεσμα αποκαλύπτουν κρυμμένη μη κλασικότητα εμφανίστηκε για πρώτη φορά σε Κόσμος Φυσικής.

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Κόσμος Φυσικής