Czy splątanie kwantowe jest szybsze niż światło?

Pytanie

Pyta Krzysiek

Skąd wiadomo, że splątanie kwantowe („upiorne działanie na odległość”) jest szybsze niż światło? Tzn. np. pomiar spinu jednej splątanej cząstki natychmiast określa spin drugiej, nawet jeśli byłyby oddalone o setki lat świetlnych.

Odpowiedź

Odpowiada Rafał Demkowicz-Dobrzański

Po pierwsze, trzeba być ostrożnym z mówieniem, że dzięki splątaniu kwantowemu „coś” się przenosi szybciej niż światło. To bardzo zależy od wariantu interpretacji mechaniki kwantowej który wyznajemy. To co można powiedzieć bezpiecznie, to że obserwujemy korelacje w wynikach pomiaru, których nie można wyjaśnić w taki sposób, że wyniki te były już ustalone przed dokonaniem pomiaru, a my tylko sprawdziliśmy jakie są (to jest równoważne hipotezie istnienia parametrów ukrytych). Trzeba raczej mówić, że naszym pomiarem „zadaliśmy pytanie układowi fizycznemu” aby się dookreślił odnośnie wartości pewnych wielkości fizycznych, np. rzutu spinu na wybraną oś w przestrzeni. Dla cząstek splątanych okazuje się, że nawet jak wykonamy te eksperymenty jednocześnie (albo ogólniej w taki sposób, że po uzyskaniu wyniku pomiaru na pierwszej cząstce, sygnał świetlny nie miałby czasu aby dotrzeć do drugiej cząstki przed wykonaniem pomiaru na drugiej cząstce), to mimo to obserwujemy korelacje, których nie można by wyjaśnić odwołując się do teorii lokalnych parametrów ukrytych. W tym sensie możemy powiedzieć, że splątanie jest pewną „kwantową nicią” powodującą, że dwie cząstki, mimo że daleko od siebie, są w pewnym sensie ciągle jednym obiektem i dlatego lokalne pomiary jednej cząstki zmieniają efektywnie stan drugiej. Należy przy tym pamiętać, że stan cząstki kwantowej nie jest pojęciem całkowicie obiektywnym (to znów zależy od interpretacji) i dlatego nawet ten fakt nie uprawnia do zbyt dalekosiężnych wniosków na temat tego, że „coś” rozchodzi się szybciej niż światło. Ostatecznie, żeby zweryfikować ten fakt, że zaistniały tego typu kwantowe korelacje (np. łamanie nierówności Bella), trzeba zebrać wyniki pomiarów od obu cząstek i je zestawić ze sobą – a to już wymaga przesłania informacji z pomiarów obu cząstek w jedno miejsce. Co do samych eksperymentów, to tego typu eksperymenty są obecnie wykonywane rutynowo i nie widać żadnych zależności związanych z opóźnianiem jednego pomiaru względem drugiego, który pozwalałby myśleć, że coś w momencie pomiaru jednej cząstki się rozchodzi w przestrzeni.