Oamenii de știință creează o particulă de lumină care accesează simultan… 37 de dimensiuni

De peste un secol, mecanica cuantică sfidează intuiția noastră, mai ales când vine vorba de fenomene legate de lumină și de dimensiunile invizibile care compun universul nostru. Unele dintre aceste fenomene rămân atât de profund contraintuitive încât par a fi desprinse din science-fiction. Printre acestea, entanglementul cuantic permite două particule de lumină să rămână misterios legate, indiferent de distanța care le separă, chiar și la mai multe ani-lumină. Astăzi, acest fenomen fascinant a trecut la un nou nivel, explorând dimensiuni neașteptate.

Într-un nou experiment descris în prestigioasa revistă Science Advances, o echipă internațională de cercetători a reușit o realizare fără precedent: producerea de fotoni – particule de lumină – intricate într-un spațiu cu 37 de dimensiuni. Cu alte cuvinte, aceste particule cuantice aveau 37 de „axe ale realității” simultane, ca și cum ar fi trăit într-un univers infinit mai complex decât al nostru. Pentru a vă face o idee: noi evoluăm într-o lume cu trei dimensiuni spațiale (lățime, înălțime, adâncime) plus timpul. Aceste fotoni cuantici au fost controlați în funcție de 37 de parametri simultani, o realizare experimentală extraordinară.

Pentru a înțelege cât de remarcabil este acest experiment, trebuie să vorbim despre un concept central al fizicii cuantice: paradoxul GHZ (Greenberger-Horne-Zeilinger). Acest paradox, formulat în 1989, demonstrează matematic că realitatea cuantică nu poate fi descrisă prin legile fizicii clasice. Este o rafinare a celebrului paradox Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), care critica ideea că două particule se pot influența la distanță. Einstein numea acest fenomen „acțiune fantomatică la distanță”. Cu toate acestea, paradoxul GHZ demonstrează că o lume guvernată numai de legile clasice ar produce rezultate absurde – literalmente imposibile, precum ecuațiile în care 1 = -1. Nu este o exagerare: aceste paradoxuri arată că, în universul cuantic, regulile bunului simț se prăbușesc.

Cercetătorii, conduși de Zhenghao Liu de la Universitatea Tehnică din Danemarca, au conceput o versiune extremă a paradoxului GHZ lucrând cu un fascicul de lumină coerentă – adică o lumină în care toți fotonii au aceeași frecvență, fază și direcție. Datorită acestei uniformități, ei au putut manipula particulele cu o precizie extremă și le-au forțat să adopte stări cuantice distribuite pe 37 de dimensiuni. Scopul era simplu, dar ambițios: să împingă non-localitatea cuantică la limitele sale. Iar rezultatele au depășit așteptările lor. Măsurătorile efectuate confirmă existența corelațiilor imposibil de reprodus cu fizica clasică. Acest lucru întărește și mai mult ideea că mecanica cuantică descrie o realitate radical diferită de tot ceea ce experimentăm în lumea macroscopică.

Pentru Liu, acest experiment arată un lucru esențial: fizica cuantică este încă în mare parte neexplorată. „Este posibil ca, la 100 de ani de la descoperirea sa, să vedem încă doar vârful icebergului”, explică el. Cu alte cuvinte, dacă astăzi reușim deja să manipulăm sisteme cu 37 de dimensiuni, ce vom descoperi mâine, în sisteme și mai complexe? Pe lângă valoarea sa fundamentală, acest experiment deschide perspective tehnice importante. Sistemele cuantice de dimensiuni mari ar putea revoluționa: calculul cuantic, permițând procesări masiv paralele la scară largă; criptografia cuantică, făcând comunicațiile și mai sigure; simularea cuantică, care ar putea modela fenomene naturale inaccesibile computerelor noastre actuale.

În fond, acest tip de experiment pune la îndoială înțelegerea noastră cea mai profundă a ceea ce este realitatea. Este ea locală? Continuă? Deterministă? Mecanica cuantică răspunde: nu, nu și încă o dată nu. Paradoxurile GHZ nu sunt simple curiozități teoretice. Ele dezvăluie o adevăr fundamental: universul nu funcționează ca o mașină clasică, cu mecanisme previzibile. Este probabilistic, non-local și multidimensional. Și dacă abia începem să atingem complexitatea particulelor de lumină, imaginați-vă ce mai ascund colțurile întunecate ale lumii cuantice. Poate că, undeva dincolo de cele 37 de dimensiuni explorate de acești fotoni, se află următoarea revoluție științifică.

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România