Under 1930-talet återvände den värdefulla teoretiska fysikern Albert Einstein till kvantmekanikens fält, som hans relativitetsteorier hjälpte till att skapa. I hopp om att utveckla en mer fullständig teori om hur partiklar beter sig, förskräcktes Einstein istället av utsikterna till kvantförvirring - något han beskrev som "skrämmande handling på avstånd".
Trots Einsteins oro har kvantförvirring blivit en accepterad del av kvantmekaniken. Och nu, för första gången någonsin, tog ett team av fysiker från University of Glasgow en bild av en form av kvantförvirring (alias Bell-intrassling) på jobbet. På så sätt lyckades de fånga det första stycket visuella bevis på ett fenomen som förbryllade till och med Einstein själv.
Artikeln som beskrev sina resultat, med titeln "Imaging Bell-type nonlocal behavior", dykte nyligen upp i tidskriften Vetenskapliga framsteg. Studien leddes av Dr. Paul-Antoine Moreau, en Leverhulme-tidigt karriärstipendiat vid University of Glasgow, och inkluderade flera forskare från Glasgow's School of Physics & Astronomy.
Kvantförvirring beskriver fenomenet där två partiklar som interagerar med varandra kan förbli anslutna och omedelbart dela sina fysiska tillstånd oavsett hur långt ifrån varandra de är. Denna koppling är kärnan i kvantmekaniken, även om den bryter mot begreppet lokal realism och många delar av specialrelativitet.
År 1964 utvidgade Sir John Bell arbetet från tidigare teoretiker genom att formalisera begreppet icke-lokal interaktion och beskriva en stark form av förvirring. Detta skulle bli känt som Bell entanglement, ett koncept som utnyttjas för flera vetenskapliga tillämpningar - som kvantberäkning och kryptografi.
Och ändå, tills nu, fångades den aldrig i en enda bild. Som Dr. Moreau sa i ett pressmeddelande från ett universitet i Glasgow:
"Bilden vi har lyckats fånga är en elegant demonstration av en grundläggande naturegenskap, sett för första gången i form av en bild. Det är ett spännande resultat som kan användas för att främja det växande fältet för kvantberäkning och leda till nya typer av avbildning. "
För sin studie har forskarteamet utformat ett system där en ström av sammanfiltrade foton avfyras från en kvant av ljuskälla. Denna ström passerar sedan genom en serie "icke-konventionella föremål", som hänvisar till flytande-kristaller material som ändrar fotonen fas när de passerar genom.
Installationen inkluderade också en superskänslig kamera som kunde upptäcka enstaka fotoner och ta bilder av dem. Kameran programmerades emellertid endast för att ta bilder om den såg både en foton och dess intrasslade tvilling. På detta sätt skapade experimentet effektivt en synlig uppteckning av sammankopplingen av två fotoner.
Resultaten av denna studie öppnar dörren till en helt ny värld av kvantavbildningstekniker som drar nytta av Bell-förvirringar. Det har också konsekvenser inom kvantinformation (dvs kvantberäkning och kryptologi)
