Instytut Fizyki Światła - Gdzie Kwantum Mieszkało z Klasycznym?, Nieudany Eksperyment z Połączeniem Dwu Światów

Często mówi się, że nauka to ciągła podróż odkrywania. Ale co by było, gdyby ta podróż doprowadziła nas do punktu, w którym dwa fundamentalnie różne światy fizyki – kwantowy i klasyczny – miałyby spotkać się twarzą w twarz? Tak właśnie chciał zrobić zespół badaczy z Instytutu Fizyki Światła w Lipsku pod kierownictwem Ilki Hoißen.

Hoißen, fizyk o niebanalnym umyśle i charyzmie przyciągającej do siebie najlepszych umysłów, zawsze fascynowała się paradoksami kwantowej mechaniki. W świecie atomów i fotonów panują dziwne prawa, nieintuicyjne dla naszego doświadczenia w świecie makroskopowym. Cząstki mogą istnieć w kilku stanach jednocześnie, przechodzić przez bariery bez dotykania ich, a ich zachowanie zależy od tego, czy są obserwowane.

Hoißen postawił sobie ambitny cel: połączyć świat kwantowy z klasycznym. Chciała pokazać, że dwa te światy nie są tak bardzo oddzielone, jak nam się wydaje, i że istnieją sposoby na ich interakcję. W tym celu zespół Hoißen zaprojektował eksperyment, w którym światło – nośnik informacji zarówno w świecie klasycznym, jak i kwantowym – miało być użyte do “przemieszczenia” informacji kwantowej z jednego stanu do drugiego.

Eksperyment składał się z kilku etapów:

• Generowanie fotonów splątanych: Fotonicznie splątane fotony to para fotonów, które są ze sobą powiązane w taki sposób, że ich stany są zawsze korelowane, niezależnie od tego, jak daleko są rozdzielone.
• Wykorzystanie światła klasycznego do modyfikacji stanu splątania: Fotonów splątanych kierowano na strumień światła o określonej częstotliwości i polaryzacji.
• Pomiar stanu splątania po oddziaływaniu z klasycznym światłem: Zadaniem było zweryfikowanie, czy interakcja ze światłem klasycznym zmieniła stan splątania fotonów.

Niestety, eksperyment nie przyniósł oczekiwanych rezultatów. Chociaż zespół Hoißen był w stanie wygenerować fotony splątane i skierować je na strumień światła klasycznego, obserwowana zmiana stanu splątania była zbyt mała, aby można było wyciągnąć jakikolwiek pewny wniosek.

Przyczyny niepowodzenia

Istnieje wiele czynników, które mogły przyczynić się do niepowodzenia eksperymentu Hoißen. Do najważniejszych należą:

• Słaba interakcja między światłem kwantowym a klasycznym: Kwantum i klasyka “mówią” różnymi językami. Wzbudzenie wystarczająco silnej reakcji w stanie splątania za pomocą światła klasycznego jest trudne do osiągnięcia.
• Straty fotonów podczas eksperymentu: Fotoniczne fotony splątane są bardzo wrażliwe na otoczenie. Nawet niewielkie straty fotonów mogą znacząco wpłynąć na wynik pomiaru.

Konsekwencje eksperymentu

Chociaż eksperyment Hoißen nie zakończył się sukcesem, był on ważnym krokiem w kierunku zrozumienia relacji między światem kwantowym a klasycznym. Pokazał on również, że granice naszej wiedzy są ciągle przesuwane, a nowe odkrycia mogą pojawić się z zaskakującej strony.

Współczesna fizyka stoi przed wielkim wyzwaniem: pogodzenie mechaniki kwantowej z ogólnym wzglednością Einsteina. Eksperyment Hoißen, mimo niepowodzenia, stanowił ważny krok w kierunku zrozumienia tej zagadki.

Warto pamiętać, że nauka to proces ciągłej ewolucji. Każde niepowodzenie jest szansą na nowe odkrycia i dalsze poszukiwanie odpowiedzi na najbardziej fundamentalne pytania o otaczający nas świat.