Czy naukowcy doznają „ odkrywczych objawień”, czy też dokonują odkryć dzięki permanentnej analizie problemu i czy punktoza w dokonywaniu takich odkryć pomaga?

Przyjęło się uważać, że objawienie jest zarezerwowane w zasadzie tylko dla proroków czy świętych. Jednak określenie wizjoner raczej nie ma konotacji religijnych. Skąd przychodzą więc naukowcom do głowy rozwiązania problemów? Niekiedy oczywiście wynikają z prowadzenia systematycznych analiz, w trakcie których dojście do rozwiązania jest konsekwencją mozolnej, logicznej pracy. Czasem opierają się o działania na zasadzie prób i błędów, co oczywiście nie oznacza, że wybór tego, co jest próbowane, odbywa się w sposób chaotyczny. Jednak historia nauki obfituje w anegdoty, zmyślone historie, jak również opisy udokumentowane, które sugerują, że niektóre odkrycia przypominają bardziej objawienia/wizje niż odkrycia dokonane metodą naukową. Co albo kto jest źródłem incepcji (infekcji koncepcyjnych), które spotykają naukowców? Zapewne najprostszą odpowiedź będzie taka, że świat, który obserwują. Czy nie jest to jednak spłycanie zjawiska – sprowadzanie go do banału?

Punktoza to potoczne określenie zjawiska polegającego na tym, że naukowcy prowadzą nie takie działania, które dają poważne efekty naukowe, tylko takie, które przynoszą dużo punktów w systemach oceny. Takie systemy oceny otwierają drzwi do awansów naukowych, ale nie musi to sprzyjać autentycznemu rozwojowi naukowemu.

Sny Kartezjusza, Afreda Wallace’a i Otto Loewiego

Kartezjusz twierdził, że słynne „Cogito ergo sum – Myślę więc jestem” to owoc snu – medytacji, w czasie której odkrył, że możemy śnić cały czas, a to co uznajemy za nas otaczające, może być złudzeniem. Może coś być na rzeczy, skoro twórcy takich filmów, jak „Matrix” czy „Incepcja” inspirowali się sceptycyzmem Kartezjusza.

Alfred Russel Wallace oznajmił, że idea ewolucji naturalnej nawiedziła go we śnie. Był antyszczepionkowcem i jak wielu naukowców jego czasów interesował się np. spirytualizmem, co dla niektórych stanowi argument, by podważać jego wersję o śnie ewolucjonistycznym.

Wiele opisów jest jednak bardzo wiarygodnych. Laureat nagrody Nobla Otto Loewi opisał, że zaplanował we śnie, jak badać przewodnictwo nerwowo-mięśniowe – szerzej opisał synapsy. Pierwszej nocy miał wizję. W ciągu dnia nie mógł sobie przypomnieć planu eksperymentu. Na szczęście kolejnej nocy wizjonerski sen się powtórzył, albo nawet był kontynuowany.

„W noc poprzedzającą Niedzielę Wielkanocną [1920 r.] obudziłem się, zapaliłem światło i zapisałem kilka notatek na maleńkim kawałku cienkiego papieru. Potem znowu zasnąłem. O szóstej rano przyszło mi do głowy, że w nocy zapisałem coś ważnego, ale nie udało mi się rozszyfrować bazgrołów. Następnego wieczoru o 15:00 pomysł powrócił. Był to projekt eksperymentu mającego na celu ustalenie, czy hipoteza o transmisji chemicznej, którą wypowiedziałem 17 lat temu, była słuszna. Natychmiast wstałem, poszedłem do laboratorium i przeprowadziłem prosty eksperyment na sercu żaby, zgodnie ze schematem nocnym.”

Ciekawe, że Loewi stwierdził, iż idea ta tliła się w jego umyśle przez siedemnaście lat.

Inny noblista, Niels Bohr opowiadał, że elektrony krążące wokół jądra atomowego, podobnie jak planety wokół Słońca, przyszły mu do głowy we śnie. Testując swoją „wyśnioną” hipotezę, stwierdził, że struktura atomowa jest w rzeczywistości do niej podobna.

Bohr jak na fizyka wypowiadał się w sposób, który burzy pojmowanie racjonalności.

„Musimy jasno powiedzieć, że w przypadku atomów języka można używać tylko tak, jak w poezji.”

Zwykło się uważać, że poezja jest miejscem, w którym zatraca się granicę między racjonalnością, a metafizyką. Poezja jest miejscem bliższym snów, a fizyka jawy. Tymczasem fizyk stwierdził, że istnieje związek między poezją a nauką.

Mendelejew, Elias Howe, August Kekulé, Srinivasa Ramanujan

Mendelejew tak opisuje swoją wizję, kiedy wpadł na pomysł układu okresowego.

Widziałem we śnie tablicę, na której wszystkie pierwiastki układały się zgodnie z wymaganiami. Budząc się, od razu zapisałem to na kartce papieru. Poniżej jego notatki (pamiętnik).

Ktoś złośliwy mógłby przypomnieć, że doktorat Mendelejewa dotyczył metod otrzymywania etanolu. Ale raczej nie wypada tym tłumaczyć jego odkrycia.

Amerykański wynalazca Elias Howe poświęcił wiele czasu, próbując stworzyć „maszynę do zszywania tkanin”. Wreszcie przytrafił mu się dziwny sen. W śnie został porwany przez kanibali. Dostał 24 godziny na zbudowanie maszyny do szycia. Nie zrobił tego, został więc nabity na włócznię z dziurami na obydwu końcach. Wtedy wynalazł maszynę do szycia nazwaną stębnówką.

August Kekulé odkrył strukturę benzenu również w czasie wizji sennej. Benzen śnił mu się jako wąż zjadający swój ogon. Na marginesie wąż zjadający swój ogon był w Europie znany głownie jako symbol alchemików (uroboros). Związek uroborosa z alchemią próbował nawet wyjaśnić Carl Jung.

Kekulé tak opisał swój sen:

Odwróciłem krzesło do kominka i pogrążyłem się w półśnie. Znowu atomy harcowały przed moimi oczami. Tym razem mniejsze grupy trzymały się skromnie z tyłu. Moje duchowe (mentalne) oko, wyostrzone przez powtarzające się podobne wizje, rozróżniło teraz większe twory o różnorodnym kształcie. Długie szeregi, kilkakrotnie ściśle ze sobą złączone, wszystko w ruchu, wijące się wężowato i skręcające się. Patrzę! Co się stało? Jeden z węży chwycił swój własny ogon i szyderczo kręcił się przed moimi oczami. Obudziłem się jak rażony piorunem i resztę nocy spędziłem na poznawaniu wniosków z tej hipotezy.

Friedrich August Kekulé – Biography, Facts and Pictures (famousscientists.org)

Srinivasa Ramanujan jest uznawany za ważnego matematyka, chociaż nie miał pełnego wykształcenia naukowego (zmarł niestety młodo). Twierdził, że bóstwo Hindu Namagiri ukazywało mu się w snach podpowiadając matematyczne dowody. Jeden z jego snów miał być taki.

„Podczas snu przeżyłem coś niezwykłego. We śnie pojawił się czerwony ekran utworzony przez płynącą krew. Obserwowałem go. Nagle czyjaś dłoń zaczęła pisać na ekranie. Cały zamieniłem się w uwagę. Ręka ta napisała wiele całek eliptycznych. Utkwiły mi one w pamięci. Gdy tylko się obudziłem, poświęciłem się pracy.”

Historia Ramanujana została sfabularyzowana w filmie „Człowiek, który znał nieskończoność”.

Nie wszystkie historie o snach naukowców są równie wiarygodne, ale nie tylko w trakcie snów dokonywali odkryć w odmiennych stanach świadomości.

Albert Einstein i Nikola Tesla mieli doświadczać tzw. świadomych snów, dzięki którym dokonywali odkryć. W przypadku Einsteina trzeba uważać, żeby nie pomylić powieści (noweli) (Einstein’s Dreams), w której w sposób literacki, ale mający niewiele z rzeczywistością, opisano odkrycie teorii względności.

Podobnie trzeba traktować bardzo krytycznie historię o tym, że sen o schodach przyczynił się do odkrycia struktury DNA przez Jamesa Watsona. Watson, kiedy opisuje bardzo szczegółowo odkrycie, nic o tym ni mówi.

Zjawisko to dotyczy nie tylko naukowców. Muzycy (Paul McCartney “Yesterday”), pisarze (Mary Shelley „Frankestein”), poeci, reżyserzy (James Cameron Terminator, Stephen King „Misery”), malarze (Salvador Dali), informatycy (Larry Page – Google) i wielu innych „zostali nawiedzenie w snach ideami”.

Oczywiście sam proces dokonywania takich odkryć nie musi mieć miejsca we śnie. Anegdoty o jabłku, które uderzyło w głowę Newtona czy wannie, w której miał siedzieć Archimedes mają o tyle związek z rzeczywistością, że za pomocą symbolicznych historii pokazują, iż umysły tych odkrywców permanentnie analizowały problem.

Zapewne wszystkie te osoby były skupione na problemie, którym się zajmowały przez wiele tygodni, a nawet miesięcy, przechodząc w tym czasie w stan z pogranicza analizy i medytacji. Nie da się ukryć, że nie jest to coś czego, uczą w podręcznikach metodologii prowadzenia badań naukowych. Jest to raczej połączenie bardzo długotrwałej wręcz obsesyjnej analizy z „iskrą bożą”.

Podsumowanie czyli czy można mieć takie sny, albo dokonywać takich odkryć żyjąc w punktozie…

Oczywiście większość naukowców to ani Kartezjusze, ani Mendelejewowie, ale wniosek z powyższych przykładów płynie jeszcze jeden. Ciągłe wikłanie naukowców w dziesiątki spraw administracyjnych, punktoz itp. nigdy nie będzie służyło takiemu skupieniu się na problemie, na jakie mogli sobie przyzwolić badacze, których rozwiązania opisano w powyższych przykładach. Mogą się raczej przyśnić punkty niż odkrycia.

Okulary fotochromowe, czyli o tym, jak elektrony chronią nasz wzrok

Zastanawialiście się może kiedyś, jak działają szkła fotochromowe? Oczywiście wiadomo, że jak się w nich wyjdzie na słońce, szkła dość szybko robią się ciemne, a po powrocie do pomieszczenia znowu robią się przezroczyste. Zapewne wiecie, że jest to prawdziwa magia, czyli oczywiście chemia.

Aby uzyskać szkło fotochromowe, stosuje się specjalne domieszki, które są wbudowane w strukturę samego szkła. Są to halogenki srebra, czyli zwykle chlorek lub bromek (AgCl, AgBr). Drugim niezbędnym składnikiem jest chlorek miedzi(I). Kationy srebra Ag+ oraz miedzi Cu+ wbudowują się w strukturę krzemionki i w zasadzie pozostają nieruchome, podobnie jak aniony Cl. Jeśli tak przygotowane szkło wystawione zostanie na światło słoneczne, do pracy ruszają elektrony, które jako niewielkie indywidua chemiczne mogą się względnie swobodnie przemieszczać w strukturze krystalicznej. Światło ultrafioletowe, niosące ze sobą wysoką energię, może wybić elektron z anionu chlorkowego (Cl). Tenże elektron następnie może trafić na kation srebra i zredukować go do metalu.

A więc mamy dwie reakcje:

Cl → Cl0 + e

Ag+ + e → Ag0

Jeśli kiedyś mieliście do czynienia z fotografią czarno-białą albo chociaż jej opisem, powinniście od razu skojarzyć te reakcje. W taki bowiem sposób powstaje zaczerniony obraz na kliszy fotograficznej albo na papierze światłoczułym.

Negatyw fotograficzny (czarno-biały)

Źródło: Wikimedia, licencja: CC BY-SA 4.0

Ta czerń to miejsca, w których kation srebrowy został zredukowany do wolnego metalu. Ktoś może spytać: zaraz, a czy srebro to nie jest błyszczący metal? Owszem, jest, ale jeśli wystarczająco się go rozdrobni, to uzyskamy czarny proszek. Tak samo jest z platyną czy irydem, gdy wykorzystujemy je jako katalizatory. I te czarne drobiny srebra w strukturze szkła w efektywny sposób blokują światło słoneczne. Okulary stają się przyciemnione. No dobrze – ale przecież wiadomo, że powstawanie obrazu fotograficznego jest procesem nieodwracalnym. Jak więc można okularom przywrócić przezroczystość?

I tu dochodzi do głosu miedź, metal przejściowy, który może oddać jeden elektron, stając się kationem Cu+ (taki jest właśnie w szkle fotochromowym), albo dwa – i wtedy tworzy kation Cu2+. W chwili, gdy takie szkło zostanie przeniesione w miejsce ze słabym dostępem światła, zaczyna się magia, czyli chemia. Teraz wolne atomy chloru odbierają elektron od jonu miedzi(I), który przekształca się w kation miedzi(II). Na samym końcu kationy miedzi(II) utleniają wolne srebro do srebra(I), czyli Ag+, jednocześnie same redukują się do Cu+. No i voilà – wszystko wraca do punktu wyjścia.

Cl0 + Cu+ → Cl + Cu2+

Ag0 + Cu2+ → Ag+ + Cu+

Cały proces jest idealnie odwracalny, bo mamy znowu jony srebra oraz miedzi(I). Proste, prawda? Chemiczna magia z wykorzystaniem niewidocznych dla oczu ruchliwych elektronów. Bo tylko elektrony poruszają się w sieci krystalicznej, reszta jest zbyt ciężka i za mocno wbudowana w strukturę szkła.

Ciemnienie szkła to proces dość szybki. Zwykle okulary ciemnieją w czasie poniżej minuty. Proces odwrotny jest zdecydowanie wolniejszy (m.in. dlatego, że musi zajść więcej reakcji) – trwa od kilku do nawet do 15 minut.

Warto tu jeszcze dodać, że na procesy chemiczne, które tu zachodzą, spory wpływ ma temperatura. Niestety, im cieplej, tym słabszy jest efekt fotochromowy, a więc okulary nie będą tak ciemne, jak byśmy chcieli. Wynika to z tego, że proces odbarwiania (czyli reakcja powrotna) przyśpiesza ze wzrostem temperatury. Za to w mroźny słoneczny dzień efekt będzie mocny i szybki.

No dobrze, a co z okularami z plastiku? Cóż, tu nie da się w równomierny sposób rozprowadzić chlorku srebra i chlorku miedzi(I). Ale sytuacja nie jest beznadziejna. Znamy już setki związków organicznych wykazujących efekt fotochromowy. Są to m.in. oksazyny albo naftopirany.

Jeden ze związków organicznych, który staje się barwny pod wpływem światła UV, a odbarwia się pod wpływem ciepła. Leuco form to forma bezbarwna, colored form – barwna. Heat = ciepło

źródło: Wikimedia, licencja: domena publiczna

Technicznie sprawa jest więc dość prosta: przygotowujemy mikrokapsułki, we wnętrzu których znajdują się niewielkie ilości barwnika fotochromowego. Te mikrokapsułki rozmieszczamy równomiernie w poliwęglanie, z którego przygotowuje się soczewki. Gotowe. Tu też reakcję ciemnienia inicjuje światło, a rozjaśniania – ciepło.

Aha, dodam jeszcze ciekawostkę. Możecie to sprawdzić, jeśli macie okulary fotochromowe. Gdy założycie je w trakcie jazdy samochodem, nie uzyskacie dobrego efektu zaciemnienia. Dlaczego tak się dzieje? Cóż, tu do głosu dochodzi czysta fizyka. Szyba samochodowa nie przepuszcza promieni UV, a więc cały opisany mechanizm reakcji nie może zostać uruchomiony. Dlatego podczas prowadzenia auta warto mieć pod ręką zwykłe ciemne okulary.

Splątanie kwantowe, czyli coś, co działa, ale nie wiadomo dlaczego

Inne wpisy o powiązanej tematyce:

Kryptografia kwantowa, czyli w poszukiwaniu absolutu
Chaos, czyli efekt motyla
Miara wszechrzeczy, czyli pofilozofujmy
Liczby trochę mniejsze od nieskończoności

Czy fizyka jest nudna? Dla większości jest nudna, bo co jest ciekawego w równi pochyłej albo w prawie Archimedesa? Istnieją jednak dziedziny fizyki, które budzą szczególne zainteresowanie. Dotyczy to szczególnie zagadnień z pogranicza science-fiction, a wręcz zaprzeczających zdrowemu rozsądkowi: teoria względności, teoria kwantów, rozszczepienie atomu, nadprzewodnictwo czy fuzja jądrowa. Ostatnio na medialnym topie znalazło się splątanie kwantowe, wyróżnione (jeśli można tak powiedzieć o dziedzinie nauki) Nagrodą Nobla z fizyki za 2022 rok. Otrzymał ją profesor Anton Zeilinger [2], austriacki fizyk-teoretyk z Uniwersytetu Wiedeńskiego (na spółkę z Alainem Aspectem i Johnem F. Clauserem). Profesor Zeilinger jest doktorem honoris causa Uniwersytetu Gdańskiego. On i drugi z noblistów – Alain Aspect od lat współpracują z Międzynarodowym Centrum Teorii Technologii Kwantowych Uniwersytetu Gdańskiego.

Ryc. 1 Profesor Anton Zeilinger. Źródło: Austriacka Akademia Nauk

Czym jest splątanie kwantowe?

Najprościej można powiedzieć, że jeśli dwa obiekty kwantowe, na przykład atomy, po uprzednim schłodzeniu i przygotowaniu w odpowiednich stanach kwantowych, “zetkniemy” ze sobą w pewien szczególny sposób, pozwalając oddziaływać im elektromagnetycznie, poprzez wymianę fotonów lub pól kwantowych, a następnie rozdzielimy, to stają się jednym obiektem kwantowym, a wartość pomiaru wielkości kwantowej jednej cząstki jest ściśle skorelowana z wartością tej wielkości drugiej cząstki, niezależnie od dzielącej je odległości tak, aby stan układu (superpozycja) pozostał bez zmian.

Splątanie fotonów można uzyskać za pomocą kryształów nieliniowych (Ryc. 2). Wpuszczając do takiego kryształu jeden foton możemy uzyskać dwa fotony splątane, drgające w prostopadłych do siebie płaszczyznach. Następnie, za pomocą światłowodu, możemy oddalić te fotony na znaczną odległość i przeprowadzić pomiar.

“Niezależnie” rzeczywiście oznacza “niezależnie”, bo odległości mogą być kosmiczne a ich wpływ na efekt splątania – żaden. Mierząc stan cząstki, która mamy pod ręką “mierzymy”, natychmiast i zdalnie, stan cząstki praktycznie nieskończenie odległej. Czy to oznacza, że możemy przenosić informację z prędkością większą od prędkości światła? Niestety nie, tu nadal obowiązuje zasada wynikająca z równań Einsteina, że prędkość światła jest największą prędkością, jaką może osiągnąć materia lub energia. Obala to mit, że tą metodą możemy transmitować informację z nieskończoną prędkością. Można natomiast powiedzieć, że dokonujemy w pewnym sensie teleportacji informacji. Odczytując stan jednej cząstki po prostu wiemy, jaki jest stan drugiej cząstki. Na przykład para splątanych fotonów ma przeciwne polaryzacje. Przed dokonaniem pomiaru każdy foton jest w nieoznaczonym stanie kwantowym, zgodnie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga. Przed pomiarem znamy stan całego układu (przeciwne polaryzacje fotonów), nie znając stanów składników tego układu (który foton drga w polaryzacji poziomej H, a który w pionowej V?). Układ ten jest jednym obiektem kwantowym. Dopiero sam fakt pomiaru pierwszego fotonu determinuje stan drugiego fotonu. Mówiąc inaczej, generując strumień par niesplątanych fotonów, wysyłając każdy foton z pary do innego obserwatora (A i B) i mierząc parami ich polaryzację otrzymamy zgodność polaryzacji fotonów A i B w 50% przypadków, co jest wynikiem intuicyjnie przewidywalnym. Jeśli natomiast fotony w każdej parze będą przed wysłaniem splątane, to korelacja będzie stuprocentowa.

Splątane fotony przed odczytem ich wartości splątania znajdują się w stanie tzw. superpozycji kwantowej, to znaczy, że posiadają jednocześnie wszystkie stany możliwe do odczytania. Przyjmując, że polaryzacja H oznacza 0 (zero), a polaryzacja V oznacza 1, splątane fotony mają jednocześnie wartość 0 i 1. Dopiero sam akt odczytu (jednego fotonu) determinuje ostatecznie wartości polaryzacji obu fotonów.

Pierwsze doświadczenia splątania kwantowego przeprowadzono w 1972 roku, a w 1998 zespół Nicolasa Gisina z Genewy wytworzył i utrzymał splątanie pary fotonów po przesłaniu na odległość 10 km. Wspomniany wcześniej Anton Zeilinger utrzymał splątanie fotonów odległych o 144 kilometry. Obecnie splątanie realizuje się na odległości liczone w tysiącach kilometrów, między Ziemią a wyspecjalizowanymi satelitami. O tym będzie później, przy okazji opisu kwantowej dystrybucji klucza szyfrującego (QKD).

Idea splątania kwantowego doprowadziła grupę włoskich fizyków z turyńskiego Narodowego Instytutu Badań Meteorologicznych (INRiM) do wniosku, że czas jest złudzeniem i zaczyna biec dopiero po interakcji obserwatora z (umownym) zegarem. Jest to wniosek filozoficzny, niepoparty dowodem matematycznym, a tym bardziej doświadczeniem, ale należy przyznać, że jego piękno jest niezaprzeczalne.

Trochę historii

Wszystko zaczęło się od Alberta Einsteina. W 1935 roku opublikował on, wspólnie z Borysem Podolskim i Nathanem Rosenem pracę mającą dowieść, że mechanika kwantowa nie jest teorią kompletną. Powszechnie bowiem wiadomo, że Einstein był wrogiem teorii kwantowej, a szczególnie jej interpretacji probabilistycznej. Mawiał nawet, że “Bóg nie gra w kości”. W wyniku przeprowadzonego eksperymentu myślowego zwanego paradoksem EPR (Einsteina-Podolskiego-Rosena) pokazano na gruncie matematycznym mechaniki kwantowej, że w pewnych sytuacjach cząstki kwantowe powinny natychmiast reagować na zmianę stanu swojego splątanego partnera, nawet jeśli ten znajduje się w dowolnie dużej odległości. Przeczyłoby to aksjomatowi, że informacja nie może być przekazywana z prędkością większą od prędkości światła. „Księżyc istnieje także wtedy, gdy na niego nie patrzę”, mawiał Einstein i nazwał splątanie „upiornym oddziaływaniem na odległość”. Inny fizyk teoretyczny, jeden z ojców-założycieli mechaniki kwantowej, Erwin Schrödinger (ten od kota), zainspirowany eksperymentem myślowym EPR, jako pierwszy wprowadził termin „splątanie” i stwierdził, że wiedza o układzie fizycznym (na przykład dwa splątane fotony) nie oznacza wiedzy o jego częściach (poszczególnych fotonach). Było to prorocze spostrzeżenie, docenione dopiero pod koniec XX wieku.

Ryc. 2 Ilustracja splątania fotonów po przejściu przez kryształ o nieliniowej charakterystyce.
(Wikimedia Commons/J-Wiki [GNU Free Documentation License – domena publiczna])

Natura splątania kwantowego

Naturę splątania kwantowego próbował wyjaśnić Einstein, wprowadzając pojęcie zmiennych ukrytych czyli informacji zawartych w fotonach przed osiągnięciem stanu splątanego. Te właśnie zmienne ukryte miałyby oddziaływać później na splątane fotony. Teoria ta została obalona przez Johna Stewarta Bella, który sformułował w 1964 twierdzenie (zwane nierównościami Bella) mówiące, że “Żadna lokalna teoria zmiennych ukrytych nie może opisać wszystkich zjawisk mechaniki kwantowej.”.

Najciekawszą teorią tłumaczącą stan splątania kwantowego, bazującą na pracy Stephena Hawkinga z 1964 roku o tym, że czarne dziury wcale nie są takie “czarne” i emitują promieniowanie, jest hipoteza równoważności splątania kwantowego z tunelami czasoprzestrzennymi, tzw. tunelami Einsteina-Rosena. Oba wymienione pojęcia wynikają wprost z dwóch artykułów Alberta Einsteina z 1935 roku, ale Einstein nawet nie podejrzewał, że mogą być one ze sobą powiązane. Tunele czasoprzestrzenne wynikają z jednego z rozwiązań równań Einsteina zaproponowanego przez niemieckiego fizyka Karla Schwarzschilda, genialnego, przedwcześnie i tragicznie zmarłego geniusza. Rozwiązanie było na tyle dziwne, że dopiero w latach 60. XX wieku zorientowano się, że opisuje ono tunel czasoprzestrzenny łączący dwie czarne dziury. Juan Macaldena [1], fizyk teoretyczny z Princeton uważa, że dzięki splątaniu kwantowemu tworzy się geometryczne połączenie między dwoma czarnymi dziurami, które poprzez swoje wnętrze tworzą tunel czasoprzestrzenny. Dwie czarne dziury, wyglądające z zewnątrz jak dwa niezależne obiekty, w rzeczywistości mają wspólne wnętrze. Oczywiście użyte pojęcie “geometryczny” nie oznacza naszej zwykłej geometrii trójwymiarowej ale wymiarów wyższych, w których nasz trójwymiarowy Wszechświat jest zanurzony.

Splątanie kwantowe w praktyce

Obiecującym zastosowaniem splątania kwantowego jest kryptografia kwantowa, a konkretnie bezpieczna dystrybucja kluczy kryptograficznych. Odbywa się to za pomocą satelity, który generuje klucz i rozsyła go laserowo do odbiorców. Specyfika splątania gwarantuje 100% zabezpieczenie przed podsłuchem lub sfałszowaniem, gdyż każda próba ingerencji, na przykład odczyt albo zmiana treści, w wysyłaną wiązkę fotonów spowoduje niejako zniszczenie zawartej w niej informacji. Elementem protokołu jest informacja kontrolna, której pozytywna weryfikacja gwarantuje brak ingerencji w przesyłany strumień informacji, co oznacza, że nie nastąpił podsłuch transmisji. Po pomyślnej weryfikacji w węźle odbiorczym, uzyskujemy (wynikającą z praw mechaniki kwantowej) gwarancję poufności klucza.

Kwantowa dystrybucja klucza (Quantum Key Distribution QKD) powoli staje się pełnoprawnym elementem ekosystemu szyfrowania danych. W dalszym ciągu kanał przesyłania danych jest klasycznym kanałem cyfrowym a kanał dystrybucji klucza szyfrującego jest kanałem kwantowym. Należy odnotować znaczny wkład polskich badaczy w rozwój QKD. Najdłuższe w Europie łącze QKD jest właśnie testowane między Poznaniem a Warszawą. Jeden z najlepszych protokołów QKD wykorzystujących splątanie fotonów o nazwie E91 jest dziełem polskiego fizyka Artura Ekerta.

Źródła:

Równoważność splątania kwantowego i tuneli czasoprzestrzennych
https://www.projektpulsar.pl/struktura/2161853,1,splatanie-i-tunele-czasoprzestrzenne-faktycznie-sa-rownowazne.read

Wywiad z Antonem Zellingerem https://wyborcza.pl/7,75400,5801859,o-dziwacznych-prawach-mechaniki-kwantowej-opowiada-guru.html

Wywiady z noblistami 2022
https://optics.org/news/13/10/6

Intercontinental, Quantum-Encrypted Messaging and Video

https://physics.aps.org/articles/v11/7

Global quantum internet dawns, thanks to China’s Micius satellite

https://newatlas.com/micius-quantum-internet-encryption/53102/?itm_source=newatlas&itm_medium=article-body

Czy fizyka nicości leży u podstaw wszystkiego?

https://przystaneknauka.us.edu.pl/artykul/czy-fizyka-nicosci-lezy-u-podstaw-wszystkiego

https://space24.pl/satelity/splatanie-kwantowe-z-poziomu-nanosatelity-nowy-rozdzial-badan-analiza