Nieuwe experimenten met de kwantumeigenschap die Einstein voor een raadsel stelde

Een van de redenen waarom Albert Einstein de kwantumfysica afkeurde, is dat deze ogenblikkelijke acties op afstand lijkt te voorspellen, invloeden die zich sneller lijken voort te planten dan de lichtsnelheid. In 2022 ontvingen Alain Aspect, John Clauser en Anton Zeilinger de Nobelprijs voor Natuurkunde voor hun experimenten die de kwantum-"nonlokaliteit" bevestigden: het bestaan ​​van correlaties die niet kunnen worden verklaard door theorieën over "verborgen variabelen", waarin waarnemers een vrije wil hebben (om te kiezen welke metingen ze doen) en waarin communicatie met snelheden sneller dan de lichtsnelheid onmogelijk is. De Nobelprijswinnende experimenten verhelderen echter niet het verantwoordelijke mechanisme. Een mogelijkheid is dat verborgen variabelen bepalen welke metingen worden gedaan: de vrije wil die natuurkundigen denken te hebben, zou een illusie zijn. Een andere mogelijkheid is dat superluminale communicatie mogelijk is. Een derde mogelijkheid is dat verborgen variabelen niet bestaan.

In een artikel gepubliceerd in Nature Communications door Carlos Vieira, Ravishankar Ramanathan en Adán Cabello van respectievelijk de universiteiten van Campinas (Brazilië), Hong Kong en Sevilla, wordt gesteld dat het mogelijk is om nieuwe experimenten uit te voeren waarmee we een keuze kunnen maken tussen deze mogelijkheden.

"Ten minste één van de aannames achter theorieën over lokale verborgen variabelen moet falen. Hier [in het artikel in Nature Communications ] laten we zien dat als er maar één faalt, deze volledig moet falen. Daarmee sluiten we theorieën over verborgen variabelen uit die de vrije wil gedeeltelijk beperken of onmiddellijke handelingen op afstand gedeeltelijk toestaan", stellen de onderzoekers.

Nicolas Gisin van de Universiteit van Genève in Zwitserland vertelt New Scientist dat het werk zou kunnen helpen bij het ontkrachten van enkele misvattingen over de vraag waarom de kwantumtheorie "niet-lokaal" is: "De experimentele schending van de ongelijkheid van Bell staat vast. Dat is al gebeurd. Maar je moet altijd aannames toevoegen als je een stelling wilt hebben", zegt Gisin.

We doen dit al 100 jaar, iedereen geeft zijn mening. Maar we worden geacht wetenschap te bedrijven. Ons werk, met alle goede bedoelingen ter wereld, is volledig aseptisch. Je moet kijken naar wat de experimenten aantonen. Iemand zou zich kunnen afkeren van het gebrek aan vrije wil, maar het is een logische mogelijkheid. Dus, als zodanig, gaan we het wetenschappelijk bestuderen. Iemand zou zich, net als Einstein, kunnen afkeren van onmiddellijke acties op afstand, maar het is een logische mogelijkheid in dit debat, dus we gaan proberen het wetenschappelijk te onderzoeken. Het is geen kwestie van mening; we gaan naar het lab om te zien wat er gebeurt," betoogt Adán Cabello .

De vraag naar het gebrek aan vrije wil kan ook het geloof in superdeterminisme voeden, een concept dat de Argentijnse astrofysicus en filosoof Gustavo E. Romero als volgt samenvat: "In de dagelijkse taal zou dit betekenen dat alle gebeurtenissen in het universum bepaald worden door een gemeenschappelijk begin. Alle toestanden werden gedefinieerd door een toestand in het verleden. Met andere woorden, er is strikt determinisme in het universum."

"Naar mijn mening zijn er filosofische redenen om te denken dat vrije wil niet bestaat en dat het onzin is", betoogde Romero in een recent interview: "Als je kijkt naar de kosmologische context, was het hele universum oorspronkelijk zo compact dat in principe alle systemen causaal met elkaar verbonden waren. Mensen gehoorzamen natuurwetten net als al het andere dat bestaat, alles wat natuurlijk is."

Afgezien van de filosofische variabelen heeft het onderzoek van Vieira, Ramanathan en Cabello praktische toepassingen. Cabello wijst erop dat in de cryptografie het beveiligingsniveau zou worden verhoogd. "In huidige systemen wordt ervan uitgegaan dat de tegenstander niet kan beslissen welke maatregelen worden genomen. De tegenstander zou echter de willekeurige getallengeneratoren die worden gebruikt om de maatregelen te kiezen, kunnen hacken en de beveiliging in gevaar brengen. Wat we laten zien, is dat de beveiliging zelfs in dit geval kan worden hersteld, mits de hack slechts gedeeltelijk is."

Er zijn ook praktische toepassingen voor quantumcomputers. Ramanathan vertelt New Scientist dat quantumcomputers baat kunnen hebben bij de ontdekking, omdat het probleem dat sommige computeronderdelen ongewenste invloeden op andere onderdelen hebben, kan worden verminderd.