Kokeet kvanttisyyn ja seurauksen kanssa paljastavat piilotetun epäklassismin

Syy-seuraus-selitykset, kuten "kissanminttu saa kissan onnelliseksi", "vitsit aiheuttavat naurua" ja "jännittävä tutkimus aiheuttaa Fysiikan maailma artikkelit” ovat hyödyllinen tapa järjestää tietoa maailmasta. Syy-seuraus-matematiikka tukee kaikkea epidemiologiasta kvanttifysiikkaan. Kvanttimaailmassa syyn ja seurauksen välinen yhteys ei kuitenkaan ole niin suoraviivainen. Kansainvälinen fyysikkoryhmä on nyt käyttänyt klassisen kausaliteetin kvanttirikkomuksia ymmärtääkseen paremmin syy-seuraussuhteen luonnetta. Prosessin aikana tiimi paljasti kvanttikäyttäytymisen tilanteessa, jossa standardimenetelmät osoittavat, että järjestelmän pitäisi olla klassinen – tuloksella voisi olla sovelluksia kvanttisalauksessa.

Kvanttifysiikassa Bellin lauseena tunnettu tulos sanoo, että mikään paikallisia "piilotettuja" muuttujia sisältävä teoria ei voi koskaan toistaa kvanttimekaniikan ennustamia mittaustulosten välisiä korrelaatioita. Samanlainen tulos tapahtuu kausaalisen päättelyn teoriassa, jossa kvanttijärjestelmät myös uhmaavat klassisen kausaalisen päättelyn sääntöjä. Kausaalipäätelmän taustalla on ajatus, että vaikka kahden muuttujan välillä voi syntyä tilastollinen korrelaatio niiden välisen suoran syy-yhteyden vuoksi, korrelaatio voi sisältää myös piilotetun yhteisen syyn vaikutuksen. Joissakin tapauksissa tämä piilotettu panos voidaan kvantifioida, ja tätä voidaan käyttää osoittamaan, että kvanttikorrelaatioita on olemassa, vaikka Bellin lausetta ei voida rikkoa.

Syy-rakenteen päätteleminen saavuttaa syyn ja seurauksen suoran hallinnan

Uusimmassa työssä kokeellisen fyysikon johtama ryhmä Davide Poderini ja kollegat Brasiliassa, Saksassa, Italiassa ja Puolassa yhdistävät teorian ja kokeen näyttääkseen kvanttiilmiöitä järjestelmässä, joka muuten näyttäisi klassiselta. Tutkijat tutkivat syyn ja seurauksen käsitettä pohtimalla, viittaavatko kahden muuttujan, A ja B, väliset korrelaatiot siihen, että toinen on toisen syy, vai voiko jokin muu (mahdollisesti havaitsematon) muuttuja olla korrelaatioiden lähde.

Tutkijat käyttävät tutkimuksessaan kausaalimallia (katso kuva), jossa muuttujan A tilastot vaikuttavat muuttujan B tilastoihin joko suoraan tai yhteisen lähteen (nimeltään Λ) vaikutuksesta, joka yhdistää molempien muuttujien tulokset ilmankin. syy-yhteyden olemassaolo niiden välillä. Erottaakseen nämä kaksi skenaariota tutkijat suorittavat muuttujalle A intervention, joka poistaa kaikki ulkoiset vaikutukset. Tämä jättää muuttujan A täysin kokeilijan hallintaan, mikä mahdollistaa suoran syy-yhteyden arvioinnin A:n ja B:n välillä.

Vaihtoehtoisesti ottamalla käyttöön lisämuuttuja X, joka on riippumaton B:stä ja Λ:stä, kaikki havaitut korrelaatiot muuttujien A ja B välillä voidaan hajottaa ehdollisiksi todennäköisyyksiksi. Nämä ehdolliset todennäköisyydet asettavat alemman rajan muuttujien välisen kausaalisen vaikutuksen asteeseen, mikä mahdollistaa A:n ja B:n välisen vaikutuksen tason arvioimisen.

Tutkijat kutsuvat tätä alarajaa instrumentaaliseksi epäyhtälöksi, ja se on klassinen rajoitus, joka (samanlainen kuin Bellin lauseesta johtuva epäyhtälö) johtuu tämän kausaalisen rakenteen asettamisesta kokeeseen. Tämän seurauksena muuttujien A ja B välisen kvantti- syy-vaikutuksen aste on pienempi kuin klassisen järjestelmän vähimmäisvaatimus, mikä mahdollistaa ei-klassismin havaitsemisen interventiolla, vaikka mitään Bellin epäyhtälöä ei rikota.

Kokeellinen interventio paljastaa kvanttivaikutukset

Instrumentaalisen kausaaliprosessin tarkkailemiseksi tutkijat kehittivät fotonipareja, joissa oli kietoutunut polarisaatio, ja mittasivat niitä eri tila-avaruuden esityksissä tai emäksissä. Fotonien kietoutuvan luonteen ansiosta toisen perustan valinta määräytyy toisen mittauksen perusteella, mikä tuottaa "eteensyöttömekanismin", joka toteuttaa suoran syy-yhteyden kahden muuttujan välillä. Tämän myötäkytkentäprosessin seurauksena tutkijat havaitsevat kokeellisesti kahden muuttujan välisen kausaalisen vaikutuksen klassisten alarajojen rikkomuksia tuottamalla useita kvanttitiloja, joille on tunnusomaista eriasteinen kietoutuminen.

Kuten Bellin epätasa-arvo, tämän klassisen alarajan rikkominen edustaa kvanttikorrelaatioiden tunnusmerkkiä. Lisäksi se tuottaa tilastotietoja, jotka voivat toimia perustana mille tahansa kvanttisalausprotokollalle. Vaikka nykyiset kryptografiset protokollat ​​perustuvat Bellin lauseeseen, kausaalisen rakenteen päättäminen instrumentaalisesta interventiosta edustaa yleisempää yhteensopivuutta klassisen kausaliteetin ja kvanttiteorian välillä. Poderini ja hänen kollegansa pyrkivät kokeilemaan erilaisia ​​syy-skenaarioita tutkiakseen monimutkaisia ​​verkkoja, joilla on rikkaammat korrelaatiot, joita voidaan hyödyntää uusien kvanttitekniikoiden kehittämiseen. Tutkijat uskovat, että heidän kokeelliset tekniikansa voivat johtaa kvanttietuihin kryptografisissa protokollissa, mikä mahdollistaa joustavampien ja vähemmän teknologisesti vaativien salaustyökalujen toteuttamisen.

Viesti Kokeet kvanttisyyn ja seurauksen kanssa paljastavat piilotetun epäklassismin ilmestyi ensin Fysiikan maailma.

• Coinsmart. Euroopan paras Bitcoin- ja kryptopörssi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. VAPAA PÄÄSY.
• CryptoHawk. Altcoinin tutka. Ilmainen kokeilu.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/experiments-with-quantum-cause-and-effect-reveal-hidden-nonclassicality/