Em 30 de novembro, 2016, mais de 100, 000 pessoas em todo o mundo contribuíram para um conjunto de experimentos de física quântica inéditos, conhecido como The BIG Bell Test. Usando smartphones e outros dispositivos conectados à Internet, participantes contribuíram com bits imprevisíveis, que determinou como átomos emaranhados, fótons, e dispositivos supercondutores foram medidos em 12 laboratórios em todo o mundo. Os cientistas usaram a informação humana para fechar uma brecha teimosa nos testes do princípio de realismo local de Einstein. Os resultados agora foram analisados, e são relatados nesta semana Natureza .

Em um teste de Bell (nomeado em homenagem ao físico John Stewart Bell), pares de partículas emaranhadas, como fótons, são gerados e enviados para diferentes locais, onde as propriedades das partículas, como as cores dos fótons ou o tempo de chegada, são medidas. Se os resultados da medição tendem a concordar, independentemente das propriedades que escolhemos medir, implica algo muito surpreendente:ou a medição de uma partícula afeta instantaneamente a outra partícula (apesar de estar longe), ou ainda mais estranho, as propriedades nunca existiram realmente, mas sim foram criados pela própria medição. Qualquer uma das possibilidades contradiz o realismo local, A visão de mundo de Einstein de um universo independente de nossas observações, em que nenhuma influência pode viajar mais rápido que a luz.

O teste BIG Bell perguntou a voluntários humanos, conhecido como Bellsters, para escolher as medidas, a fim de fechar a chamada "brecha da liberdade de escolha" - a possibilidade de que as próprias partículas influenciem a escolha da medição. Tanta influência, se existisse, invalidaria o teste; seria como permitir que os alunos escrevessem suas próprias questões de exame. Esta brecha não pode ser fechada escolhendo dados ou geradores de números aleatórios, porque sempre existe a possibilidade de que esses sistemas físicos sejam coordenados com as partículas emaranhadas. As escolhas humanas introduzem o elemento de livre arbítrio, pelo qual as pessoas podem escolher independentemente do que as partículas possam estar fazendo.

Liderado pelo ICFO-The Institute of Photonic Sciences, Em Barcelona, o BIG Bell Test recrutou participantes em todo o mundo para contribuir com sequências imprevisíveis de zeros e uns (bits) por meio de um videogame online. Os bits foram encaminhados para experimentos de última geração em Brisbane, Xangai, Viena, Roma, Munique, Zurique, Agradável, Barcelona, Buenos Aires, Concepción Chile e Boulder Colorado, onde eles foram usados ​​para definir os ângulos de polarizadores e outros elementos de laboratório para determinar como as partículas emaranhadas foram medidas.

Os participantes contribuíram com mais de 90 milhões de bits, tornando possível um forte teste de realismo local, bem como outros experimentos sobre realismo em mecânica quântica. Os resultados obtidos discordam fortemente da visão de mundo de Einstein, feche a brecha da liberdade de escolha pela primeira vez, e demonstrar vários novos métodos no estudo de emaranhamento e realismo local.

A EXPERIÊNCIA DE Memória Quântica ICFO

Cada um dos 12 laboratórios ao redor do mundo realizou um experimento diferente, para testar o realismo local em diferentes sistemas físicos e para testar outros conceitos relacionados ao realismo. ICFO contribuiu com dois experimentos. A equipe ICFO 1, composto por Pau Farrera e Dr. Georg Heinze, liderado pelo ICREA Prof. no ICFO Hugues de Riedmatten, realizou um teste de Bell usando o emaranhamento entre dois objetos muito diferentes:um único fóton e uma nuvem presa com milhões de átomos. Esta nuvem agiu como uma "memória quântica" armazenando por algum tempo a parte da matéria do estado emaranhado, e transferindo-o mais tarde para outro fóton único. O emaranhamento foi analisado por interferômetros ópticos e detectores de fóton único. As configurações de medição desses interferômetros foram escolhidas pelos números aleatórios fornecidos pela Bellsters. Especificamente, os números aleatórios decidiam as tensões aplicadas a um dispositivo piezoelétrico conectado aos interferômetros. Os resultados obtidos contradizem claramente o conceito de realismo local.

A equipe do ICFO 2 realizou um teste de Bell usando emaranhamento entre dois fótons únicos de cores diferentes gerados com uma fonte de par de fótons de estado sólido. Os pesquisadores, Dr. Andreas Lenhard, Alessandro Seri, Dr. Daniel Rieländer, e Dra. Margherita Mazzera, liderado pelo ICREA Prof. Hugues de Riedmatten, poderia gerar pares de fótons de banda estreita em vários modos de frequência discretos. Depois de separar os fótons do par, seu emaranhamento foi analisado usando, em cada um dos dois braços, um modulador eletro-óptico para sobrepor os diferentes modos de frequência e uma cavidade óptica como filtro espectral. Os números aleatórios fornecidos pelos Bellsters foram explorados para escolher as tensões que impulsionam a amplitude e a fase da modulação dos moduladores eletro-ópticos. O experimento foi feito em colaboração com os pesquisadores do ICFO, Dr. Osvaldo Jimenez, Dr. Alejandro Mattár e Dr. Daniel Cavalcanti, liderado pelo ICREA Prof. no ICFO Antonio Acín. Eles desenvolveram um modelo para descrever o estado emaranhado gerado e encontrar as medidas ideais para contradizer o realismo local. Do experimento realizado em 30 de novembro, 2016, teorias de realismo local podem ser descartadas com um nível de significância de 3 desvios padrão, enquanto uma violação mais forte, de mais de 8 desvios padrão, foi alcançado nas semanas seguintes ao dia do Big Bell Test, realizando medições mais longas com números humanos aleatórios armazenados.

Hugues de Riedmatten, Professor do ICREA no ICFO:"O BBT foi uma grande experiência. Foi incrível ver números aleatórios criados por Bellsters em todo o mundo controlando nossos experimentos em tempo real, e ver tantas pessoas participando de um experimento de física quântica. "

Carlos Abellan, pesquisador do ICFO e instigador do projeto:"O BIG Bell Test foi um projeto incrivelmente desafiador e ambicioso. Parecia impossivelmente difícil no dia zero, mas se tornou uma realidade por meio dos esforços de dezenas de cientistas apaixonados, comunicadores de ciência, jornalistas e mídia, e especialmente as dezenas de milhares de pessoas que contribuíram para o experimento durante 30 de novembro, 2016. "

Morgan Mitchell, líder do projeto BBT e professor do ICREA no ICFO:"O que é mais surpreendente para mim é que a discussão entre Einstein e Niels Bohr, depois de mais de 90 anos de esforço para torná-lo rigoroso e experimentalmente testável, ainda retém um elemento humano e filosófico. Sabemos que o bóson de Higgs e as ondas gravitacionais existem graças a máquinas incríveis, sistemas físicos construídos para testar as leis da física. Mas o realismo local é uma questão que não podemos responder totalmente com uma máquina. Parece que nós mesmos devemos fazer parte do experimento, para manter o Universo honesto. "

A equipe do BIG Bell Test mais uma vez gostaria de agradecer aos milhares de participantes que tão generosa e entusiasticamente contribuíram para esta iniciativa. Sem esta contribuição essencial, o experimento nunca teria sido possível.