Heisenbergi määramatuse printsiip kahtluse all?

Antud printsiip on kvantfüüsikuid juba ligi sajandi piinanud, hiljuti aga demonstreerisid Toronto Ülikooli teadlased võimalust häiritust otseselt mõõta. Selgub, et Heisenberg oli liiga pessimistlik, kirjutab ScienceDaily.com.

,,Me valmistasime seadme, mille abil saab mõõta üksiku footoni kindlat omadust – polarisatsiooni. Seejärel pidime me mõõtma seda, kui palju meie seade footonit häiris,“ selgitas Lee Rozema, uurimuse peaautor.

,,Selleks pidime me mõõtma footonit enne seadmesse jõudmist, ent ka see mõõtmine häirib ju footonit,“ ütles Rozema.

,,Selle komistuskivi ületamiseks kasutasid teadlased meetodit, mida tuntakse nõrga mõõtmise nime all (ingl k weak measurement). Sellisel juhul on mõõteseadme tegevus nii nõrk, et ei mõjuta tajutavalt mõõdetavat keha. Enne footonite laskmist mõõteseadmesse, mõõtsid teadlased seda nõrgalt ning mõõtsid seda ka pärast, võrreldes tulemusi. Nad leidsid, et mõõtmisest tekkinud häiritus on väiksem kui Heisenbergi mõõtehäirituse suhtest tuleneks.

,,Iga footon andis meile häiritusest vaid killukese informatsiooni, kuid katse kordamisel tekkis meil footoni häiritusest väga selge arusaam,“ ütles Rozema.

Antud uurimus tugineb hiljutistele väidetele, milles teadlased üle kogu maailma on seadnud Heisenbergi printsiibi kahtluse alla. Nagoya Ülikooli füüsik Masano Ozawa pakkus 2003. aastal välja, et Heisenbergi määramatuse printsiip ei rakendu mõõtmisele – siiski pakkus ta oma ennustuste kinnitamiseks välja vaid kaudse meetodi. Tema pakutud meetodit kasutas eelmisel aastal Viini Tehnoloogiaülikooli teadlane Yuji Hasegawa. 2010. aastal näitasid Griffithi Ülikooli teadlased Austin Lund ja Howard Wiseman, et kvantsüsteemi protsessi kirjeldamiseks saab kasutada nõrka mõõtmist. Siiski ei leidunud tol ajal asjale selget lahendust, kuna teadlastel puudus vajalik pisike kvantarvuti, mille ehitamine on väga keerukas.

,,Varem oleme töötanud nii nõrga mõõtmise rakendamise kui ka ’kobaroleku kvantarvutuse’ (ingl k cluster state quantum computing) meetodit, et kvantarvutite valmistamist lihtsustada. Nende kahe idee kombineerimine aitas meil Lundi ja Wisemani ideed laboris realiseerida,“ ütles Rozema.

Tihti arvatakse, et Heisenbrgi määramatuse printsiip kehtib nii kvantsüsteemi olemusliku määramatuse kui ka mõõtmiste kohta. Antud tulemused näitavad aga, et nii see pole, ning demonstreerivad täpsust, mida nõrga mõõtmise abil saavutada on võimalik.

,,Need tulemused aitavad meil kohandada arvamust sellest, mis piirid kvantmehaanika täpselt mõõtmistele seab. Need piirid on fundamentaalses kvantmehaanikas olulised ning mõjutavad ka kvantkrüptograafia tehnoloogia arengut, sest see tugineb määramatuse printsiibil, garanteerides, et igasugune ’pealtkuulaja’ tabatakse tema poolt tekitatud härititusest,“ lausus Rozema.

,,Kvantmaailm on siiski määramatusest pungil, kuid vähemasti ei lisa meie püüded seda uurida sellele nii palju määramatust juurde kui varem arvati.“