Splątanie kwantowe, zjawisko, które Albert Einstein wyśmiewał kiedyś jako „upiorne działanie na odległość”, ewoluowało od teoretycznego paradoksu do kamienia węgielnego współczesnej technologii kwantowej. Debata wokół tej dziwnej właściwości mechaniki kwantowej, która pozwala cząstkom pozostawać skorelowanymi niezależnie od odległości, stała się inspiracją dla dziesięcioleci badań, których kulminacją były praktyczne zastosowania, takie jak ultrabezpieczna komunikacja i zaawansowane obliczenia.
Początki „Eerie”
W latach dwudziestych Einstein wraz z Borysem Podolskim i Nathanem Rosenem kwestionowali kompletność teorii kwantowej. Argumentowali, że jeśli mechanika kwantowa jest prawdziwa, oznacza to natychmiastową komunikację między splątanymi cząstkami, co narusza zasadę lokalności — pogląd, że na obiekt może wpływać jedynie jego bezpośrednie otoczenie. To doprowadziło ich do zaproponowania istnienia „ukrytych zmiennych”, które określałyby zachowanie cząstek, eliminując potrzebę natychmiastowego wpływu.
Jednak fizyk John Stuart Bell opracował w latach sześćdziesiątych XX wieku test mający na celu ustalenie, czy te ukryte zmienne rzeczywiście istnieją. Twierdzenie Bella przewidywało, że jeśli lokalny realizm (połączenie lokalizacji i zmiennych ukrytych) będzie prawdziwy, wówczas pewne korelacje statystyczne między splątanymi cząstkami będą ograniczone.
Eksperymentalny werdykt
Dziesięciolecia eksperymentów, zwłaszcza tych przeprowadzonych przez Ronalda Hansona na Politechnice w Delft i innych badaczy, zdecydowanie potwierdziły, że nierówności Bella zostały naruszone. Eksperymenty przeprowadzone w 2015 r., za które trzem fizykom przyznano Nagrodę Nobla w 2022 r., udowodniły, że korelacje kwantowe są silniejsze niż wszystko, na co pozwala lokalna teoria realistyczna. Jak ujął to Marek Żukowski z Uniwersytetu Gdańskiego: „To był gwóźdź do trumny wszystkich tych pomysłów”.
Oznacza to, że splątane cząstki wykazują połączenie wykraczające poza odległość i fizykę klasyczną. Nie są one po prostu skorelowane ze wspólnymi informacjami z przeszłości; ich losy są ze sobą splecione w sposób wymykający się konwencjonalnemu rozumieniu.
Od paradoksu do praktyki
Rozpoznanie nielokalności otworzyło możliwości zastosowań w świecie rzeczywistym. Praca Hansona, pierwotnie pomyślana jako test przewagi kwantowej, utorowała drogę kryptografii kwantowej. Wykorzystując splątane cząstki, możliwe jest tworzenie sieci komunikacyjnych, których teoretycznie nie da się zhakować, gdyż każda próba przechwycenia transmisji przerywa splątanie, natychmiast ostrzegając użytkowników.
Obliczenia kwantowe również w dużym stopniu opierają się na splątaniu. Splątane kubity – kwantowy odpowiednik bitów – umożliwiają obliczenia niemożliwe w przypadku klasycznych komputerów. Naukowcy aktywnie badają, jak wykorzystać splątanie do stworzenia potężniejszych i wydajniejszych algorytmów.
„Nie da się uciec przed nielokalnością” – mówi Jacob Barandes z Uniwersytetu Harvarda, podkreślając, że ten fundamentalny aspekt mechaniki kwantowej to nie tylko teoretyczna ciekawostka, ale fundamentalna zasada przyszłych technologii.
Splątanie pozostaje przedmiotem ciągłych badań, a fizycy nadal badają założenia leżące u podstaw pracy Bella. Jednak z debaty filozoficznej przekształcił się już w potężne narzędzie innowacji.
Początkowy opór wobec nielokalności kwantowej ustąpił miejsca nowej erze, w której akceptacja tej „straszności” napędza postęp w bezpiecznej komunikacji, zaawansowanych obliczeniach i głębszym zrozumieniu samego Wszechświata.
