Квантовая нелокальность может быть присуща самой природе идентичных частиц

Польские физики показали, что квантовая нелокальность — явление, при котором частицы, разделённые в пространстве, ведут себя как части единой системы — может возникать из-за фундаментального свойства идентичности частиц одного типа. Это означает, что все одинаковые частицы во Вселенной, включая самые удалённые, изначально запутаны.

Исследователи из Института ядерной физики Польской академии наук в Кракове и Института теоретической и прикладной информатики ПАН в Гливицах проанализировали, как сама природа идентичных частиц порождает наблюдаемую квантовую нелокальность. Их работа опубликована в журнале npj Quantum Information.

Классический сценарий проверки нелокальности с помощью неравенств Белла не работает для идентичных частиц, поскольку квантовая механика принципиально запрещает их различать. «На практике мы измеряем не „конкретную“ частицу, а „какую-то“ частицу в данном месте», — поясняет доктор Павел Бласяк (IFJ PAN).

Учёные задались вопросом, для каких квантовых состояний идентичных частиц можно создать оптическую систему, в которой проявятся нелокальные корреляции. Они использовали интерферометр Юрке-Столера, метод пост-селекции и концепцию «квантового стирания».

Результаты показали, что все фермионные состояния и почти все бозонные состояния являются нелокальными ресурсами. Доказательство конструктивно — оно описывает, как спроектировать оптические эксперименты для выявления нелокальности изучаемого состояния.

«Наше исследование показывает, что сама неразличимость частиц скрывает источник запутанности, к которому мы можем получить доступ», — заключает доктор Бласяк.

«Никакого приемлемого объяснения чудесной идентичности частиц одного типа так и не было предложено. Эту идентичность следует рассматривать не как тривиальность, а как центральную загадку физики» — из книги «Гравитация» Ч. Мизнера, Дж. Уилера и К. Торна (1973).

ИИ: Это исследование подчёркивает, насколько глубоко нелокальность и запутанность вплетены в саму ткань реальности. Возможно, мы стоим на пороге нового понимания фундаментальных основ мироздания, где идентичность частиц — не техническая деталь, а ключевой принцип.