درهم‌تنیدگی کوانتومی چطور کار می‌کنه؟

یه ذره‌ی نور به یه بلور مخصوص می‌خوره و از اون طرف دو تا ذره بیرون میاد. فیزیک‌دان‌ها معمولاً همین‌جوری جفت ذره‌ی درهم‌تنیده می‌سازن و بعد هر کدوم رو به یه جا می‌فرستن.

حالا ببین چه اتفاقی می‌افته. یکی رو اندازه می‌گیری و درباره‌ی اون یکی هم چیزی می‌فهمی، هر قدر هم ازت دور باشه. هیچ سیمی بینشون نیست، ولی انگار هنوز یه حالت مشترک دارن. به این پیوند می‌گن درهم‌تنیدگی.

همین پیوند اینشتین رو کلافه کرده بود. سال ۱۹۳۵ با دو همکارش، پودولسکی و روزن، مقاله‌ای نوشت و گفت این پیوند نشون می‌ده نظریه‌ی کوانتوم یه جای کارش ناقصه. اسمی هم که روی این اثر گذاشت هنوز روشه.

قسمت عجیب ماجرا اینجاست. تا وقتی کسی اندازه نگرفته، هیچ‌کدوم از دو ذره جواب مشخصی نداره. یه ویژگی رو در نظر بگیر که دو حالت داره، اسمشون رو بذاریم «بالا» و «پایین». ذره هم بالاست هم پایین. موقع اندازه‌گیری، جواب هر طرف به‌تنهایی کاملاً شانسیه، پنجاه‌پنجاه، مثل سکه انداختن.

ولی اگه دو طرف یه چیز رو با یه تنظیم اندازه بگیرن، سکه‌هاشون با هم جور درمیاد. هر بار که این‌جا «بالا» میاد، اون‌جا «پایین» میاد. هر بار.

توضیح عادی یه جفت جورابه. یه لنگه رو برای تو پست می‌کنن و لنگه‌ی دیگه رو برای دوستت. بسته رو باز می‌کنی و لنگه‌ی راسته، پس می‌دونی لنگه‌ی چپ دست دوستته. از اول همین‌جوری بسته‌بندی شده بودن. اینشتین و هم‌فکرهاش دقیقاً همینو می‌گفتن: جواب‌ها از اول توی خود ذره‌ها نوشته شده و فقط ما ازش خبر نداریم.

پس سؤال اینه که ذره‌ها جوراب‌ان یا سکه.

جان بل نشون داد می‌شه با آزمایش بین این دو توضیح داوری کرد. نقشه‌اش این بود که هر طرف، به‌جای یه تنظیم ثابت، هر بار شانسی بین دو تنظیم یکی رو انتخاب کنه. اگه جواب‌ها از اول توی ذره‌ها نوشته شده باشه، جور دراومدن نتیجه‌ها روی هم رفته از یه سقف بالاتر نمی‌ره. نظریه‌ی کوانتوم پیش‌بینی می‌کنه از اون سقف رد بشه. به این آزمایش می‌گن آزمون بل.

این آزمایش رو اولین‌بار جان کلاوزر و استوارت فریدمن انجام دادن، با یه دستگاه هم‌اندازه‌ی یه قایق کایاک که بعضی قطعه‌هاش رو از وسایل دورریختنی جمع کرده بودن. نتیجه از سقف رد شد. ولی یه راه فرار مونده بود: شاید دستگاه‌ها و ذره‌ها یه جوری با هم خبر رد و بدل می‌کردن. آلن آسپه این راه رو بست. تنظیم دستگاه‌ها رو وقتی ذره‌ها هنوز توی راه بودن عوض می‌کرد، و باز هم نتیجه با نظریه‌ی کوانتوم جور درومد.

سال ۲۰۱۵ گروهی توی دانشگاه صنعتی دلفت دو ذره رو توی دو آزمایشگاه با بیشتر از یه کیلومتر فاصله درهم‌تنیده کردن. کل اندازه‌گیری اون‌قدر سریع بود که نور هم وقت نداشت از یه آزمایشگاه به اون یکی برسه، و هیچ جفتی هم از قلم نیفتاد. نتیجه باز از سقف بل رد شد.

پس ذره‌ها جوراب نیستن. اطلاعات توی هیچ‌کدوم از دو ذره به‌تنهایی نیست؛ توی پیوند بینشونه. برای همین بهتره این دو تا رو یه چیز واحد ببینی، نه دو تا چیز جدا.

شاید فکر کنی پس می‌شه باهاش پیامی سریع‌تر از نور فرستاد. نمی‌شه. نتیجه‌ای که تو این سر می‌گیری شانسیه و هیچ پیامی توش نیست. جور دراومدن نتیجه‌ها فقط وقتی دیده می‌شه که تو و دوستت نتیجه‌هاتون رو با یه راه معمولی، مثل تماس تلفنی، کنار هم بذارین که از نور سریع‌تر نیست.

این پیوند شکننده‌ست. برخورد با محیط اطراف یا خودِ اندازه‌گیری می‌تونه توی چند میکروثانیه از بین ببردش. با این حال امروز پایه‌ی رایانه‌ی کوانتومی و ارتباط امنه. اگه کسی وسط راه یکی از ذره‌ها رو بپاد، پیوند می‌شکنه و لو می‌ره. یه ماهواره‌ی چینی هم ذره‌های درهم‌تنیده رو به دو ایستگاه روی زمین فرستاده که بیشتر از هزار کیلومتر از هم فاصله داشتن.