Einstein's brilliant mistake: Entangled states - Chad Orzel

Fordító: Henrietta Degi Lektor: Péter Pallós

Albert Einstein played a key role in launching quantum mechanics

Albert Einstein kulcsszerepet játszott a kvantummechanika megalapozásában

through his theory of the photoelectric effect

a fotoelektromos hatás elméletével,

but remained deeply bothered by its philosophical implications.

viszont filozófiai következményei végig nyugtalanították.

And though most of us still remember him for deriving E=MC^2,

Bár legtöbben mint az E = mc² egyenlet szerzőjére emlékszünk rá,

his last great contribution to physics was actually a 1935 paper,

utolsó nagy hozzájárulása a fizikához valójában egy 1935-ös cikk volt,

coauthored with his young colleagues Boris Podolsky and Nathan Rosen.

amit fiatal munkatársaival, Boris Podolskyval és Nathan Rosennel írt.

Regarded as an odd philosophical footnote well into the 1980s,

Az 1980-as évekig furcsa filozófiai lábjegyzetnek tekintett EPR-cikk,

this EPR paper has recently become central to a new understanding of quantum physics,

amely a kvantumösszefonódás néven ismert

with its description of a strange phenomenon

furcsa jelenséget írja le,

now known as entangled states.

fontos szerepet játszik a kvantumfizika új értelmezésében,

The paper begins by considering a source that spits out pairs of particles,

A cikk felteszi, hogy van egy forrás, ami olyan részecskepárokat bocsát ki,

each with two measurable properties.

melyek mindegyike két mérhető tulajdonsággal rendelkezik.

Each of these measurements has two possible results

Mindenik mérésnek két, azonos valószínűségű

of equal probability.

lehetséges eredménye van.

Let's say zero or one for the first property,

Az első tulajdonságnál ez legyen 0 és 1,

and A or B for the second.

a másodiknál A és B.

Once a measurement is performed,

A mérés elvégzése után

subsequent measurements of the same property in the same particle

ugyanazon részecske ugyanazon tulajdonságának ismételt mérései

will yield the same result.

ugyanazt az eredményt mutatják.

The strange implication of this scenario

A forgatókönyv különös következménye

is not only that the state of a single particle

nemcsak az, hogy a részecske állapota meghatározatlan,

is indeterminate until it's measured,

amíg meg nem mérik,

but that the measurement then determines the state.

hanem az is, hogy a mérés határozza meg az állapotát.

What's more, the measurements affect each other.

Ráadásul, a mérések hatással vannak egymásra.

If you measure a particle as being in state 1,

Ha a mérés szerint a részecske 1 állapotban van,

and follow it up with the second type of measurement,

a második méréstípusnál 50% az esély arra,

you'll have a 50% chance of getting either A or B,

hogy A vagy B legyen az eredmény.

but if you then repeat the first measurement,

De ha megismételjük az első mérést,

you'll have a a 50% chance of getting zero

50% az esélye, hogy 0-t kapunk,

even though the particle had already been measured at one.

még akkor is, ha a részecskén egyszer már 1-et mértük.

So switching the property being measured scrambles the original result,

A mért tulajdonság változtatása összezavarja az eredeti eredményt,

allowing for a new, random value.

a tulajdonság új, véletlenszerű értékét téve lehetővé.

Things get even stranger when you look at both particles.

A dolgok még furcsábbak, ha mindkét részecskét mérjük.

Each of the particles will produce random results,

Mindkét részecske véletlenszerű eredményt mutat,

but if you compare the two,

de ha összehasonlítjuk őket,

you will find that they are always perfectly correlated.

rájövünk, hogy mindig tökéletesen korrelálnak egymással.

For example, if both particles are measured at zero,

Pl. ha mindkét részecskét nullának mérjük,

the relationship will always hold.

a kapcsolat mindig fönnmarad.

The states of the two are entangled.

Kettejük állapota összefonódik.

Measuring one will tell you the other with absolute certainty.

Az egyik mérése teljes bizonyossággal megadja a másikat.

But this entanglement seems to defy Einstein's famous theory of relativity

De az összefonódás, úgy tűnik, szembemegy Einstein relativitáselméletével,

because there is nothing to limit the distance between particles.

mivel semmi sem korlátozza a részecskék közötti távolságot.

If you measure one in New York at noon,

Ha megmérjük az egyiket délben New Yorkban,

and the other in San Francisco a nanosecond later,

a másikat pedig egy nanoszekundummal később San Franciscóban,

they still give exactly the same result.

mindig pontosan ugyanazt az eredményt kapjuk.

But if the measurement does determine the value,

De ha a mérés meghatározza az értéket,

then this would require one particle sending some sort of signal to the other

akkor ez azt igényli, hogy egy részecske valamilyen jelet küldjön a másiknak

at 13,000,000 times the speed of light,

a fénysebesség 13 milliószorosával,

which according to relativity, is impossible.

ami a relativitáselmélet szerint nem lehetséges.

For this reason, Einstein dismissed entanglement as "spuckafte ferwirklung,"

Einstein ezért az elméletet "spukhafte Fernwirkung"-nak,

or spooky action at a distance.

"kísérteties távhatás"-nak minősítve elutasította.

He decided that quantum mechanics must be incomplete,

Kimondta, hogy a kvantummechanika nem teljes,

a mere approximation of a deeper reality in which both particles

csupán közelítése egy másik valóságnak, amelyben mindkét részecske

have predetermined states that are hidden from us.

előlünk rejtett, előre meghatározott állapotokban van.

Supporters of orthodox quantum theory lead by Niels Bohr

A Niels Bohr által vallott ortodox kvantumelmélet támogatói fenntartják,

maintained that quantum states really are fundamentally indeterminate,

hogy a kvantumállapotok alapvetően meghatározatlanok,

and entanglement allows the state of one particle

és az összefonódás lehetővé teszi, hogy egy részecske állapota

to depend on that of its distant partner.

függjön a távoli társáétól.

For 30 years, physics remained at an impasse,

30 évig a fizika zsákutcában maradt,

until John Bell figured out that the key to testing the EPR argument

amíg John Bell rá nem jött, hogy az EPR-vita eldöntésének kulcsa

was to look at cases involving different measurements on the two particles.

a két részecske különböző mérési eseteinek vizsgálata.

The local hidden variable theories favored by Einstein, Podolsky and Rosen,

Az Einstein, Podolsky és Rosen által kedvelt lokális rejtettváltozó-elméletek

strictly limited how often you could get results like 1A or B0

szigorúan korlátozták az 1A vagy a B0 eredmény gyakoriságát,

because the outcomes would have to be defined in advanced.

mert az eredményeknek előre meghatározottnak kéne lenniük.

Bell showed that the purely quantum approach,

Bell kimutatta, hogy a tiszta kvantummegközelítésnek,

where the state is truly indeterminate until measured,

ahol az állapot a mérésig valóban határozatlan,

has different limits and predicts mixed measurement results

korlátai vannak, és vegyes mérési eredményeket jelez előre,

that are impossible in the predetermined scenario.

melyek előre meghatározottság esetén lehetetlenek.

Once Bell had worked out how to test the EPR argument,

Miután Bell kidolgozta, hogyan kell tesztelni az EPR-paradoxont,

physicists went out and did it.

a fizikusoknak sikerült el is végezniük.

Beginning with John Clauster in the 70s and Alain Aspect in the early 80s,

Kezdve John Clausterral a 70-es években és Alain Aspect-al a 80-as évek elején,

dozens of experiments have tested the EPR prediction,

több tucatnyian tesztelték az EPR-paradoxont,

and all have found the same thing:

és mind ugyanazt fedezték fel:

quantum mechanics is correct.

a kvantummechanika helyes.

The correlations between the indeterminate states of entangled particles are real

A korreláció az összefonódott részecskék határozatlan állapotai között valóságos,

and cannot be explained by any deeper variable.

és nem magyarázható semmilyen mélyebb változóval.

The EPR paper turned out to be wrong but brilliantly so.

Az EPR-paradoxon hibás, viszont brilliáns módon.

By leading physicists to think deeply about the foundations of quantum physics,

Hatására a fizikusok mélyebben ástak a kvantumfizika alapjaiban,

it led to further elaboration of the theory

ami az elmélet további kidolgozásához vezetett.

and helped launch research into subjects like quantum information,

Így beindította a kutatást pl. a kvantuminformatika területén,

now a thriving field with the potential to develop computers of unparalleled power.

amely ma már virágzik, és a számítógépek példátlan fejlődéséhez vezethet.

Unfortunately, the randomness of the measured results

Sajnos, a mért eredmények véletlenszerűsége

prevents science fiction scenarios,

nem kedvez az olyan sci-fi forgatókönyveknek,

like using entangled particles to send messages faster than light.

mint pl. üzenetküldés fénynél gyorsabban, fonódott részecskék segítségével.

So relativity is safe, for now.

A relativitáselmélet tehát egyelőre tartja magát.

But the quantum universe is far stranger than Einstein wanted to believe.

De a kvantumuniverzum sokkal furcsább, mintsem Einstein hinni akarta.