آزمایش‌ها با علت و معلول کوانتومی غیرکلاسیک بودن پنهان را آشکار می‌کنند

توضیحات علت و معلولی مانند "نیپ گربه ای باعث شادی گربه ها می شود"، "شوخی باعث خنده می شود" و "تحقیقات هیجان انگیز باعث می شود" دنیای فیزیک مقالات» روشی مفید برای سازماندهی دانش درباره جهان است. ریاضیات علت و معلولی زیربنای همه چیز از اپیدمیولوژی گرفته تا فیزیک کوانتومی است. با این حال، در دنیای کوانتومی، پیوند بین علت و معلول چندان ساده نیست. اکنون یک تیم بین المللی از فیزیکدانان از نقض کوانتومی علیت کلاسیک برای درک بهتر ماهیت علت و معلول استفاده کرده اند. در این فرآیند، تیم رفتار کوانتومی را در شرایطی کشف کرد که روش‌های استاندارد نشان می‌دهند که سیستم باید کلاسیک باشد - نتیجه‌ای که می‌تواند در رمزنگاری کوانتومی کاربرد داشته باشد.

در فیزیک کوانتوم، نتیجه‌ای که به عنوان قضیه بل شناخته می‌شود، بیان می‌کند که هیچ نظریه‌ای که متغیرهای «پنهان» محلی را در خود جای دهد، هرگز نمی‌تواند همبستگی‌های بین نتایج اندازه‌گیری را که مکانیک کوانتومی پیش‌بینی می‌کند، بازتولید کند. نتیجه مشابهی در نظریه استنتاج علی رخ می دهد، جایی که سیستم های کوانتومی نیز قوانین استدلال علّی کلاسیک را به چالش می کشند. ایده پشت رویکرد استنتاج علی این است که در حالی که یک همبستگی آماری بین دو متغیر می تواند به دلیل رابطه علی مستقیم بین آنها ایجاد شود، همبستگی ممکن است شامل یک علت مشترک پنهان نیز باشد. در برخی موارد، این مشارکت پنهان را می توان کمی سازی کرد، و این می تواند برای نشان دادن اینکه همبستگی های کوانتومی وجود دارد، حتی زمانی که قضیه بل قابل نقض نباشد، استفاده شود.

استنتاج ساختار علّی به کنترل مستقیم بر علت و معلول دست می یابد

در جدیدترین کار، تیمی به رهبری فیزیکدان تجربی دیوید پودرینی و همکارانش در برزیل، آلمان، ایتالیا و لهستان تئوری و آزمایش را برای نشان دادن پدیده‌های کوانتومی در سیستمی که در غیر این صورت کلاسیک به نظر می‌رسید، ترکیب می‌کنند. محققان مفهوم علت و معلول را با در نظر گرفتن اینکه آیا همبستگی بین دو متغیر A و B دلالت بر این دارد که یکی علت دیگری است یا اینکه متغیر دیگری (بالقوه مشاهده نشده) ممکن است منبع همبستگی ها باشد، بررسی می کنند.

در تحقیقات خود، محققان از یک مدل علی (تصویر را ببینید) استفاده می کنند که در آن آمارهای متغیر A بر متغیر B تأثیر می گذارد، چه به طور مستقیم یا با عملکرد یک منبع مشترک (به نام Λ) که نتیجه هر دو متغیر را حتی بدون آن به هم مرتبط می کند. وجود رابطه علّی بین آنها. برای تمایز بین این دو سناریو، محققان مداخله‌ای را روی متغیر A انجام می‌دهند که هر گونه تأثیر خارجی را پاک می‌کند. این امر متغیر A را تحت کنترل کامل آزمایشگر قرار می دهد و تخمین رابطه علی مستقیم بین A و B را ممکن می سازد.

روش دیگر، با معرفی یک متغیر اضافی X که مستقل از B و Λ است، هر گونه همبستگی مشاهده شده بین متغیرهای A و B را می توان به احتمالات شرطی تجزیه کرد. این احتمالات شرطی مرز پایین تری را برای درجه تأثیر علی بین متغیرها قرار می دهند و تخمین سطح تأثیر بین A و B را ممکن می سازند.

محققان این کران پایین را یک نابرابری ابزاری می نامند، و این یک محدودیت کلاسیک است که (مشابه نابرابری که از قضیه بل ناشی می شود) از تحمیل این ساختار علی بر یک آزمایش ناشی می شود. در نتیجه، درجه تأثیر علّی کوانتومی بین متغیرهای A و B کمتر از حداقل مورد نیاز برای یک سیستم کلاسیک خواهد بود، که اجازه می‌دهد غیرکلاسیک بودن از طریق مداخله مشاهده شود، حتی زمانی که هیچ نابرابری بل نقض نشود.

مداخله تجربی اثرات کوانتومی را نشان می دهد

برای مشاهده فرآیند علی ابزاری، محققان جفت فوتون‌هایی با قطبش‌های درهم‌تنیده تولید کردند و آنها را در نمایش‌های مختلف فضای حالت یا پایگاه اندازه‌گیری کردند. به لطف ماهیت درهم‌تنیده فوتون‌ها، انتخاب پایه برای یکی با اندازه‌گیری دیگری تعیین می‌شود و یک مکانیسم «پیش‌خور» ایجاد می‌کند که یک پیوند علی مستقیم بین دو متغیر را پیاده‌سازی می‌کند. در نتیجه این فرآیند پیش‌خور، محققان با تولید چندین حالت کوانتومی که با درجات مختلف درهم‌تنیدگی مشخص می‌شوند، به‌طور تجربی نقض مرزهای پایین کلاسیک برای تأثیر علی بین دو متغیر را مشاهده کردند.

مانند نابرابری بل، نقض این کران پایین کلاسیک نشانه ای از همبستگی های کوانتومی است. علاوه بر این، داده های آماری را به دست می دهد که می تواند به عنوان پایه و اساس هر پروتکل رمزنگاری کوانتومی اساسی عمل کند. در حالی که پروتکل های رمزنگاری فعلی بر قضیه بل تکیه دارند، استنباط ساختار علی از مداخله ابزاری نشان دهنده سازگاری کلی تری بین علیت کلاسیک و نظریه کوانتومی است. پودرینی و همکارانش به دنبال آزمایش سناریوهای علی مختلف برای کشف شبکه های پیچیده با همبستگی های غنی تر هستند که می توانند برای توسعه فناوری های کوانتومی جدید مورد سوء استفاده قرار گیرند. محققان بر این باورند که تکنیک‌های آزمایشی آنها می‌تواند به مزایای کوانتومی در پروتکل‌های رمزنگاری منجر شود و امکان دستیابی به ابزارهای رمزنگاری انعطاف‌پذیرتر و کم‌تر از نظر فناوری را فراهم کند.

پست آزمایش‌ها با علت و معلول کوانتومی غیرکلاسیک بودن پنهان را آشکار می‌کنند به نظر می رسد برای اولین بار در دنیای فیزیک.

• Coinsmart. بهترین صرافی بیت کوین و کریپتو اروپا.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی رایگان.
• CryptoHawk. رادار آلت کوین امتحان رایگان.
• منبع: https://physicsworld.com/a/experiments-with-quantum-cause-and-effect-reveal-hidden-noclassicality/