Kvantová cesta za gravitačními vlnami

24. září 2010

Vědci se už velmi dlouho bezúspěšně snaží o detekci gravitačních vln, rozruchů časoprostoru, které předpověděl Einstein v roce 1916. Nyní skupina fyziků nastolila nový způsob, jak toho docílit, způsob opírající se o kvantovou mechaniku, přesněji o kvantovou propletenost.

Gravitační vlny by podle Einsteinovy obecné teorie relativity měly vznikat při každém zrychleném pohybu těles, ovšem jsou natolik slaboučké, že detekce je možná pouze u vln vzniklých při astrofyzikálních událostech, jakými jsou např. výbuchy supernov. Bohužel fyzikům se nepodařilo zachytit vůbec nic. Zatím.

Podle článku singapurských fyziků (quant-ph/0605135) je možné, že gravitační vlny při svém putování kosmem zanechávají stopy na propletených částicích. Kvantová propletenost je jedním z prapodivných jevů kvantové mechaniky. Pokud si myslíte, že dvě vzdálené, na sobě jinak nezávislé částice jsou opravdu nezávislé, mýlíte se. Teoreticky bylo předpovězeno a experimentálně ověřeno, že provedete-li na jedné částici určitá měření, její druhá partnerka jimi bude okamžitě ovlivněna: obě částice, bez ohledu na to, jak velká vzdálenost je dělí, jsou zkrátka jakoby součástmi jednoho celku (na tomto jevu spočívá i teleportace). Každou částici charakterizuje soubor jistých parametrů (říkáme, že částice se nachází v jistém kvantovém stavu), jakými jsou např. energie, hybnost spin a další. (Spin si můžete představit jako vlastní otáčení částice, třeba jako rotaci míče, což ale není tak úplně šťastné přirovnání, protože analogie z makrosvěta v říši kvant neobstojí a dříve nebo později se setkáte s problémy.) Kvantová propletenost dovoluje zjistit potřebné parametry o jedné částici nepřímým měřením, měřením její kvantově propletené partnerky. Takže jak Ye Yeo a jeho kolegové z Národní univerzity v Singapuru navrhují, skupiny propletených částic, s přesně definovanými počátečními spiny, by šlo využít k detekci gravitačních vln.

Jejich výpočty ukazují, že když gravitační síla pocházející s procházející vlny mírně pozmění rychlost (přesněji hybnost) propletených částic, měly by se tím změnit také původní spiny. Podle Yea by se v principu tento efekt dal změřit, ovšem je natolik malý, že bude velký problém nalézt způsob, jak toho docílit v praxi. Se svým týmem přišel s nápadem, že efekt by mohl být zesílen procesem zvaným přesmyknutí kvantových korelací (entanglement swapping), kterým se dříve nepropletené částice stávají propletenými (kupř. jednu částici z propleteného páru je možno proplést s jinou třetí částicí atd.) Podle Chrise Adamiho z Jet Propulsion Laboratory v Pasadeně v Kalifornii se tím spin a hybnost částic propletou natolik, že změna jedné veličiny bude mít velký dopad na druhou.

Seth Lloyd z Massachusettského technologického institutu, autor nedávné práce o úniku informací z černých děr, o které vyšel na Leonardu článek pod názvem Černé díry coby kvantové počítače?, je z práce teoretiků nadšen. Pro americký časopis New Scientist řekl, že "úspěchem je samotná skutečnost, že se objevilo spojení mezi gravitačními vlnami a kvantovou propleteností".

Lloyd si ovšem nemyslí, že detektor gravitačních vln založený na kvantovém propletení je realistický. "K onomu efektu dochází, ale je neuvěřitelně nepatrný. Abyste dostali něco pozorovatelného, museli byste pracovat v natolik silném gravitačním poli, že by se v něm vaše laboratoř rozpadla."

autor: Oldřich Klimánek
Spustit audio