• ABSTRACT – HUMAN BELL TEST: EMPENYENT ELS LÍMITS DE LA CIÈNCIA

Una de les prediccions de la física quàntica (que la física clàssica no pot explicar) és que els objectes poden compartir una connexió més forta que qualsevol altra que experimentem en les nostres experiències quotidianes, cosa que es coneix com a entrellaçament quàntic. Aquest entrellaçament està present fins i tot si els objectes estan separats per grans distàncies. Aquestes propietats, que Einstein va denominar “accions fantasmals a distància”, poden ser demostrades en un experiment conegut com el test de Bell. El 2015, el NIST va ser un dels primers grups a dur a terme una test complet del teorema de Bell, utilitzant estats quàntics de llum, i demostrant de manera concloent la presència d”aquesta “acció fantasmal”. No obstant això, en aquest experiment les decisions sobre com realitzar els mesuraments es van fer amb nombres aleatoris generats a partir de diferents processos físics. Encara queden preguntes sobre si l”ésser humà pot tenir alguna influència en aquestes decisions quàntiques. Repetirem el nostre experiment del 2015, però aquesta vegada utilitzant nombres aleatoris proporcionats per vosaltres. Vosaltres aconseguireu controlar directament el nostre experiment, i podrem veure si els resultats utilitzant aleatorietat humana difereixen dels que fan servir nombres aleatoris basats en fonts físiques.

• DADES INTERESANTS
  • Vam crear 400000 fotons entrellaçats per segon per utilitzar-los al nostre experiment.
  • 35 investigadors de 10 instituts d’Amèrica del Nord i Europa ens van ajudar a construir la nostra primera versió del test de Bell sense loopholes.
  • Per realitzar el nostre experiment, hem d’utilitzar aparells ràpids que puguin mesurar els nostres fotons. Aquests aparells es poden encendre en només poques mil milionèsimes de segon.
  • Durant els 3 mesos de 2015 que vam fer el nostre primer test de Bell (sense utilitzar nombes aleatoris provinents de les persones), un dels nostres científics es va casar. Déu n’hi do amb l’entrellaçament!
  • Utilitzem la millor càmera de baixa llum per detectar els nostres fotons. Aquests detectors estan fets de superconductors i han de funcionar a menys d’un grau sobre el zero absolut.
  • Per realitzar l’experiment, hem d’”estrényer” els nostres fotons dins d’un cable fet de vidre que tan sols té unes poques milionèsimes de metre de diàmetre. Aconseguir que els fotons encertin la diana minúscula és una gesta de tir a l’arc quàntic.

 

• QUOTE

“In 1964 John Bell profoundly changed the way we think about quantum mechanics. Bell”s theorem lies at the very heart of quantum mechanics, philosophy, and a new class of technological breakthroughs based on quantum mechanics.”

1. Nom del laboratori:

The Bell Test Machine (or NIST Bell Test Site)

2. Equip:

Krister Shalm, Martin Stevens, Omar Magana Loaiza, Thomas Gerrits, Scott Glancy, Peter Bierhorst, Emanuel Knill, Richard Mirin, Sae Woo Nam (PI)

3. Organizatció:

National Institute of Standards and Technology (NIST)

4. Ciutat:

Boulder, Colorado

5. Coordenades GPS de l”experiment:

Latitude: 39.994798 | Longitude: -105.262907 Altitude: 1653 meters

6. Nom de l”experiment:

The Bell Test Machine

7. Desigualtat de Bell estudiada i resultat experimental obtingut:

Desigualtat CH (Clauser-Horne): el realisme local implica J≤0. Vam obtenir un valor per a J de (1.65 ± 0.20) x 10^(-4), la qual cosa correspon a una violació de la desigualtat per més de 8.7 desviacions estàndar.

8. Objectiu de l”experiment:

L”experiment va consistir en un test de les desigualtats de Bell que tancava simultàniament el loophole de localitat i de detecció. En lloc de tancar el loophole de llibertat d”elecció utilitzant generadors de nombres aleatoris físics, l”experiment va usar les decisions aleatòries de participants humans. Volíem veure si hi havia alguna diferència entre els resultats d”un test de Bell on els éssers humans determinen d”alguna manera les eleccions d”Alice i Bob enfront dels generadors de nombres aleatoris físics. No vam observar cap diferència notable, i vam cloncluir que els inputs humans són capaços de violar una desigualtat de Bell.

9. Sistema físic:

Vam fer servir parells de fotons entrellaçats generats per un procés de conversió descendent paramètrica.

10. Grau de llibertat mesurat:

Vam entrellaçar i mesurar el grau de llibertat de polarització dels fotons.

11. Taxa de bits & número total de bits:

No vam realitzar l”experiment en temps real. En lloc d”això, vam recollir i vam fer servir 81.119.980 bits. Llavors van portar a terme l”experiment amb una taxa de 100.000 mesures per segon i vam consumir  els bits a una taxa de 200.000 bits per segon, perquè Alice i Bob usaven cadascun un fotó a la mesura.

12. Quin va ser l”ús dels bits dels Bellsters?

Al nostre experiment mesurem una propietat de la llum coneguda com a  polarització. A mesura que la llum viatja per l”espai, vibra en una direcció particular, coneguda com la seva polarització. Per mesurar la direcció de la polarització de la llum fem servir un dispositiu anomenat polaritzador. Els polaritzadors es troben típicament en lesulleres de sol. Agafa un parell d”ulleres de sol polaritzades i mira la pantalla d”un ordinador (els ordinadors emeten llum polaritzada). Si gires les ulleres de sol, veuràs que la pantalla s”enfosqueix i s”aclareix, depenent de l”angle de gir. L”angle que dóna la màxima brillantor indica la direcció de la polarització de la llum que emet la pantalla. En el nostre experiment fem servir una versió sofisticada dels polaritzadors de les ulleres de sol que és capaç de girar 100.000 vegades cada segon! Cada bit aleatori dels Bellsters va fer que un dels polaritzadors del nostre experiment girés a un angle determinat.

13. Quant de temps va durar l”experiment?

El nostre experiment va durar gairebé 7 minuts. En aquest temps vam fer servir més de 80 milions de bits aleatoris subministrats pels Bellsters. Vam fer l”experiment 100.000 vegades per segon. Vam començar a les 11:09 PM (hora local a Boulder) el 30 de novembre i vam acabar 7 minuts més tard.

14. Els bits es van fer servir en temps real?

Ja que el nostre sistema està dissenyat per funcionar a altes velocitats, necessitem recol·lectar primer tants bits aleatoris com puguem i després usar-los. Durant el dia del BIG Bell Test vam emmagatzemar més de 80 milions de bits. Un cop vam haver emmagatzemat suficients bits, vam realitzar el nostre experiment. En menys de 7 minuts ens les vam arreglar per utilitzar tots els bits que més de 100.000 Bellsters ens van subministrar durant tot el dia!

15. Distancia entre Alice y Bob:

La distància entre Alice i Bob era de 187 m. La distància entre la font de fotons i Alice era 133.4 ± 1.0 m, i la distància de la font a Bob era de 129.2 ± 1.0 m. Diem que la mesura és completa quan després que un fotó sigui detectat en Alice o Bob, el senyal elèctric amplificat arriba l”entrada del tagger del temps que registra el resultat. No tanquem el loophole de la llibertat d”elecció quan fem servir bits de participants humans que no són “frescos” (el con de llum dels seus esdeveniments de creació es va creuar moltes hores abans). En canvi, estem protegits contra la possibilitat que quan els polaritzadors ràpids (cèl·lules de Pockels) canvien d”estat en el detector d”Alice, els grans voltatges involucrats en el procés puguin influir de manera correlacionada en el detector de Bob. En aquest cas, satisfem les restriccions de localitat per almenys 294,4 ± 3,7 ns.