Kvantpõhjuse ja tagajärje katsed paljastavad varjatud mitteklassikalisuse

Põhjuste ja tagajärgede seletused, nagu "kassipuu teeb kassid õnnelikuks", "naljad põhjustavad naeru" ja "põnevad uuringud põhjustavad Füüsika maailm artiklid” on kasulik viis maailmaalaste teadmiste korrastamiseks. Põhjuse ja tagajärje matemaatika toetab kõike alates epidemioloogiast kuni kvantfüüsikani. Kvantmaailmas pole põhjuse ja tagajärje seos aga nii sirgjooneline. Rahvusvaheline füüsikute meeskond on nüüdseks kasutanud klassikalise põhjuslikkuse kvantrikkumisi, et paremini mõista põhjuse ja tagajärje olemust. Selle käigus avastas meeskond kvantkäitumise olukorras, kus standardmeetodid näitavad, et süsteem peaks olema klassikaline - tulemus, millel võib olla rakendusi kvantkrüptograafias.

Kvantfüüsikas väidab Belli teoreemina tuntud tulemus, et ükski teooria, mis sisaldab kohalikke "peidetud" muutujaid, ei suuda kunagi reprodutseerida kvantmehaanika ennustatud mõõtmistulemuste vahelisi seoseid. Sarnane tulemus ilmneb põhjusliku järelduse teoorias, kus kvantsüsteemid eiravad samuti klassikalise põhjusliku arutluse reegleid. Põhjusliku järelduse lähenemisviisi idee seisneb selles, et kuigi statistiline korrelatsioon kahe muutuja vahel võib tekkida nendevahelise otsese põhjusliku seose tõttu, võib korrelatsioon sisaldada ka varjatud ühise põhjuse panust. Mõnel juhul saab seda varjatud panust kvantifitseerida ja seda saab kasutada selleks, et näidata, et kvantkorrelatsioonid eksisteerivad isegi siis, kui Belli teoreemi ei saa rikkuda.

Põhjusliku struktuuri järeldamine saavutab otsese kontrolli põhjuse ja tagajärje üle

Viimases töös eksperimentaalfüüsiku juhitud meeskond Davide Poderini ja kolleegid Brasiilias, Saksamaal, Itaalias ja Poolas ühendavad teooria ja katse, et näidata kvantnähtusi süsteemis, mis muidu näiks klassikalisena. Teadlased uurivad põhjuse ja tagajärje mõistet, kaaludes, kas kahe muutuja A ja B vahelised korrelatsioonid viitavad sellele, et üks on teise põhjus või võib korrelatsioonide allikaks olla mõni muu (potentsiaalselt jälgimata) muutuja.

Uurijad kasutavad oma uurimisel põhjuslikku mudelit (vt pilti), milles muutuja A statistika mõjutab muutuja B statistikat kas otseselt või ühise allika (nn Λ) toimel, mis ühendab mõlema muutuja tulemused isegi ilma põhjusliku seose olemasolu nende vahel. Nende kahe stsenaariumi eristamiseks teevad teadlased muutujale A sekkumise, mis kustutab kõik välismõjud. See jätab muutuja A eksperimenteerija täieliku kontrolli alla, võimaldades hinnata otsest põhjuslikku seost A ja B vahel.

Alternatiivselt, lisades B-st ja Λ-st sõltumatu täiendava muutuja X, saab kõik täheldatud korrelatsioonid muutujate A ja B vahel lagundada tingimuslikeks tõenäosusteks. Need tingimuslikud tõenäosused seavad muutujate vahelise põhjusliku mõju astmele madalama piiri, võimaldades hinnata A ja B mõju taset.

Teadlased nimetavad seda alumist piiri instrumentaalseks ebavõrdsuseks ja see on klassikaline piirang, mis (sarnaselt Belli teoreemist tuleneva ebavõrdsusega) tuleneb selle põhjusliku struktuuri kehtestamisest katsele. Selle tulemusena on muutujate A ja B vahelise kvant-põhjusliku mõju aste väiksem kui klassikalise süsteemi jaoks nõutav miinimum, võimaldades sekkumise kaudu jälgida mitteklassikalisust isegi siis, kui Belli ebavõrdsust ei rikuta.

Eksperimentaalne sekkumine näitab kvantefekte

Instrumentaalse põhjusliku protsessi jälgimiseks genereerisid teadlased takerdunud polarisatsiooniga footonite paarid ja mõõtsid neid olekuruumi või aluste erinevates esitustes. Tänu footonite põimunud olemusele määrab ühe aluse valiku teise mõõtmine, luues "edasisuunalise" mehhanismi, mis rakendab otsest põhjuslikku seost kahe muutuja vahel. Selle edasisuunamisprotsessi tulemusena jälgivad teadlased eksperimentaalselt kahe muutuja vahelise põhjusliku mõju klassikaliste alumiste piiride rikkumisi, tekitades mitu kvantseisundit, mida iseloomustavad erinevad takerdumise astmed.

Nagu Belli ebavõrdsus, on ka selle klassikalise alampiiri rikkumine kvantkorrelatsioonide tunnus. Lisaks annab see statistilisi andmeid, mis võivad olla mis tahes põhilise kvantkrüptograafilise protokolli aluseks. Kuigi praegused krüptoprotokollid tuginevad Belli teoreemile, näitab põhjusliku struktuuri järeldamine instrumentaalsest sekkumisest klassikalise põhjuslikkuse ja kvantteooria üldisemat ühilduvust. Poderini ja tema kolleegid püüavad katsetada erinevaid põhjuslikke stsenaariume, et uurida keerukamate korrelatsioonidega võrgustikke, mida saab kasutada uudsete kvanttehnoloogiate väljatöötamiseks. Teadlased usuvad, et nende eksperimentaalsed tehnikad võivad krüptoprotokollides tuua kvanteelised, võimaldades realiseerida vastupidavamaid ja tehnoloogiliselt vähem nõudvaid krüptotööriistu.

Postitus Kvantpõhjuse ja tagajärje katsed paljastavad varjatud mitteklassikalisuse ilmus esmalt Füüsika maailm.

• Münditark. Euroopa parim Bitcoini ja krüptobörs.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. TASUTA PÄÄS.
• CryptoHawk. Altcoini radar. Tasuta prooviversioon.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/experiments-with-quantum-cause-and-effect-reveal-hidden-nonclassicality/