Experiment Elitzur Vaidman Cum ne-am putea apăra de o bombă care poate fi declanşată de un singur foton? Există câteva trucuri cuantice care ne pot fi de ajutor, garantându-ne siguranţa în 25% din cazurile în care am îndrepta particule de lumină către un asemenea dispozitiv.

 

 

 

 

Minuni cuantice: efectul Casimir (3)

 

O bombă declanşată de un singur foton este un gând înfricoşător. Dacă un asemenea lucru ar exista în lumea obişnuită, nici măcar nu am fi conştienţi de el. Orice foton care ar ajunge la nivelul ochilor pentru a te anunţa de existenţa unui atare dispozitiv va fi declanşat deja bomba, aruncându-te în aer şi trimiţându-te către Împărăţia Cerurilor.


Fizica cuantică îţi oferă o şansă mai bună. Potrivit unei scheme propuse de fizicienii israelieni Avshalom Elitzur şi Lev Vaidman în 1993, ne putem folosi de diverse şiretlicuri ale fizicii cuantice pentru a detecta, cu ajutorul luminii, o bombă declanşată de lumină, fiind astfel în siguranţă în 25% din situaţii (Foundations of Physics,  vol. 23, p. 987).

Secretul este un dispozitiv numit interferometru. Acesta exploatează una din bizareriile mecanicii cuantice datorită căreia dacă unui foton îi vor fi oferite două căi pe care să se deplaseze, acesta le va urma pe amândouă în acelaşi timp. Ştim acest lucru deoarece, la celălalt capăt al dispozitivului, unde cele două căi se încrucişează din nou, ia naştere un tipar de interferenţă asemănător celor produse de interferenţa undelor clasice (vezi şi articolul "Minuni cuantice: corpuscul şi undă").



Pentru a vizualiza ce se întâmplă, imaginaţi-vă că un foton intră în interferometru şi urmează unul dintre cele două drumuri posibile, în timp ce o copie fantomatică a sa se deplasează pe cealaltă traiectorie. În cadrul experimentului imaginar gândit de Elitzur şi Vaidman, în jumătate din cazuri bomba declanşată de foton blochează una dintre căi (vezi şi diagrama de mai jos). Numai fotonul real poate declanşa bomba, deci dacă neobişnuita copie este cea blocată de bombă, nu are loc nici o explozie şi nici nu există un model de interferenţă la celălalt capăt. Cu alte cuvinte, am "văzut" bomba fără să o declanşăm.

 

Test bomba Elitzur Vaidman
Lumina poate fi folosită pentru a detecta un dispozitiv exploziv declanşat de lumină, fără a îl declanşa în mod obligatoriu.
credit: Wikimedia Commons

A - emiţător de fotoni; oglinzile din colţurile stânga-jos şi dreapta-sus sunt semiargintate; B - bomba; C, D - detectori de fotoni. Fiind vorba de oglinzi semiargintate, probabilitatea ca un foton emis în A să urmeze calea bombei este de 50%, iar probabilitatea ca el să urmeze cealaltă cale este, de  asemenea, 50%. Fenomenul de interferenţă specific undelor observat la nivelul colţului dreapta-sus ne arată că fotonul urmează una din cele două căi, în timp ce pe cealaltă cale se deplasează o copie fantomatică a sa.

***********

Rezultatul 1, cu o probabilitate de realizare de 25%, coincide cu cazul în care fotonul real urmează traiectoria unde este plasată bomba şi o declanşează. Rezultatul 2, cu o probabilitate de realizare de 50%, coincide cu cazul în care fotonul urmează una din cele două căi şi interferează cu sine, iar detectorul D declanşează. Rezultatul 3, cu o probabilitate de realizare de 25%, când detectorul din C sesizează fotoni, coincide cu cazul în care fotonul a urmat traiectoria liberă, dar o bombă blochează cealaltă cale. Practic putem spune că bomba a fost detectată fără a fi detonată.

 

***********


La niciun an după ce Elitzur şi Vaidman au propus paradoxalul lor test de verificare a bombelor, fizicienii de la Universitatea din Viena, Austria, au readus acest mecanism în atenţie nu prin detonarea unor bombe, ci prin folosirea unor oglinzi şi reflectarea fotonilor la întâlnirea cu acestea (Physical Review Letters, vol. 74, p. 4763).

În anul 2000, Shuichiro Inoue şi Gunnar Bjorkde de la the Royal Institute of Technology din Stockholm, Suedia, au utilizat o tehnică similară pentru a demonstra că am putea obţine o imagine a unei bucăţi dintr-un obiect strălucitor, fără a îl ilumina, realizare care ar putea revoluţiona imagistica medicală. "Ar fi foarte util în cazul radiografiilor clasice, cu raze X, dacă nu ar exista o iradiere a ţesuturilor, pentru că în realitate nicio rază X nu ar veni de fapt în contact cu ţesuturile", afirmă fizicianul Richard Jozsa de la Universitatea din Cambridge.

Josza este creierul din spatele probabil celui mai impresionant truc: folosirea unui computer cuantic pentru a afişa rezultatul unui program chiar şi atunci când nu este rulat programul. Aşa cum a demonstrat echipa care a implementat ideea lui în 2005, fizica cuantică păstrează cel puţin unele similitudini cu decenţa clasică: este nevoie să pornim calculatorul pentru a oferi un răspuns raţional (Nature, vol. 439, p. 949).

Minuni cuantice: inseparabilitatea cuantică (5)


 

Textul de mai sus reprezintă traducerea şi adaptarea articolului The Elitzur-Vaidman bomb-tester, publicat de New Scientist. Reed Business Information Ltd şi New Scientist nu îşi asumă nicio responsabilitate privind eventuale erori de traducere.
Traducător: Ecaterina Pavel