100.000 frivillige deltog i verdens største kvanteeksperiment

Utallige artikler har vi de senere år skrevet om de eksperimenter, der siden 1980'erne er blevet udført til at teste den spøgelsesagtige virkning eller spukhafte Fernwirkung over store afstande mellem to kvantepartikler, som Einstein ikke brød sig om, men som Bohr forklarede var en helt naturlig konsekvens af kvantemekanikken.

Det var en diskussion baseret på tankeeksperimenter mellem de to teoretikere i midten af 1930'erne. I dag er det fundamentet for udvikling og forskning inden for kvantekommunikation, kvantecomputere osv.

Selv om resultaterne er helt som forventet, er et nyt eksperiment af denne type, hvis resultater i denne uge er blevet beskrevet i en artikel i Nature, nu alligevel værd at bemærke, da det er verdens største kvanteeksperiment.

Kvantemekanikken står og falder med Bells ulighed

Eksperimentet kaldes BIG Bell Test, for det tjekker om en ulighed, som den nordirske fysiker John Bell beskrev i 1964, er overholdt eller brudt.

Er Bell-uligheden overholdt, er kvantemekanikken, som Einstein mente det, ikke en fuldstændig teori. I stedet dækker den for nogle skjulte variable, der fjerner de tilfældigheder, som er kvantemekanikkens varemærke. Disse tilfældigheder er altså kun tilsyneladende.

Er Bell-uligheden brudt, findes der ingen sådanne skjulte variable. Naturen er tilfældig, og princippet om lokal realisme, dvs. at alle årsager udelukkende kan tilskrives lokale virkninger, er ikke gældende - stik mod al sund fornuft. Men sådan er der jo så meget andet, der er i kvantemekanikken.

Jeg har selv udført et sådant Bell-eksperiment på DTU i deres laboratorium til studenterøvelser og meget betryggende konstateret, at Bell-uligheden er brudt.

Menneskers frie vilje skal lukke et smuthul

Men der er flere smuthuller i de helt simple såkaldte Bell Inequality Violation-eksperimenter, som i princippet skal lukkes helt, før man kan påstå, at eksperimentet er udført korrekt efter bogen, og et brud på uligheden derfor med sikkerhed kan tages til indtægt for Bohrs fortolkning af kvantemekanikken.

Bell-eksperimenterne baserer sig på, at to forsøgspersoner, der er adskilt fra hinanden over så store afstande, at det ikke kan kommunikere med hinanden pga. lysets endelige hastighed, indstiller detektorer helt tilfældigt af hinanden.

Denne tilfældige indstilling af detektorerne kan udføres med teknologiens hjælp, men det baserer sig så implicit på en antagelse om, at de fysiske principper er garant for den tilfældige indstilling. Og det være svært at gøre til mere end netop en antagelse.

Som allerede John Bell var inde på, vil man slippe for sådanne antagelser, hvis det var rigtige personer, der med brug af deres egen frie vilje foretog indstillingerne.

Næsten 100 millioner tilfældige indstillinger

Nu er problemet blot, at mennesker ikke altid er gode til at generere tilfældige tal. Så der er her de mange frivillige i BIG Bell-eksperimentet kom ind i billedet.

De blev opfordret til den 30. november 2016 at deltage i en form for spil, hvor de skulle søge at generere en tilfældig sekvens af nuller og ettaller.

Deres indtastning blev underkastet en analyse af en maskinlæringsalgoritme, der søgte at estimere efterfølgende tal ud fra de foregående. Spillet for de frivillige bestod i at klare sig bedst muligt i konkurrencen mod maskinlæringsalgoritmen.

De indtastede tal blev overført i realtime til 13 Bell-eksperimenter i 12 laboratorier på fem kontinenter. Nogle eksperimenter var baseret på fotoner, andre på atomer og nogle på superledende enheder.

I en 12 timers periode fra kl. 9 UTC til kl. 21 UTC var bitstrømmen til eksperimenterne over 1000 bit i sekundet, hvilket betød, at alle eksperimenter kunne køre på fuld speed og teste Bells ulighed.

I alt deltog omkring 100.000 personer, der tilsammen genererede 97.347.490 binære valg.

Bell-uligheden siger, at resultatet skal være mindre end eller lig med 2 for, at Einsteins opfattelse var korrekt. Resultaterne lå mellem 2,25 og 2,79, så Bell-uligheden var brudt alle steder.

Dansk professor er imponeret

Der var ingen danske eksperimenter involveret i BIG Bell, men professor Jacob Sherson fra Aarhus Universitet, der er internationalt anerkendt for at inddrage den almindelige befolkning i kvanteeksperimenter via computerspil, har været uafhængig bedømmer (peer reviewer) på artiklen, før den blev accepteret til offentliggørelse af Nature.

Han ser BIG Bell som et led i bestræbelserne for involvere befolkningen i Citizen Science-projekter - ja ligefrem med den forhenværende uddannelses- og forskningsminister Søren Pinds ord om at øge dannelsen både hos forskere og befolkning.

Han mener dog, at det nok ikke lykkedes til fulde i dette projekt, hvor borgerbestræbelserne gik på at generere tal, der der var så tilfældige som muligt - og man dermed ikke fik lukket sløjfen helt til kvantefysikken. Men BIG Bell er efter hans opfattelse fantastisk på grund af antallet af mennesker kloden over, det lykkedes at involvere i projektet.

Allermest imponeret er Jacob Sherson dog af det hele det store teknologisk setup, der blev stablet på benene for at indsamle data og videresende dem til de avancerede forsøgsopstillinger i mange lande - »vi taler jo ikke om simple studenterøvelser«.

Så det vigtigste resultat af BIG Bell er nok ikke, at vi endnu engang fik bekræftet, at Bohr havde ret, og Einstein tog fejl, når det gælder kvantemekanikken, det er, at BIG Bell med brug af moderne teknologi har vist, at det er muligt at involvere befolkningen i stor skala i avancerede forskningsprojekter.

Og det er da nok Værd at Vide.

Denne video blev lavet som optakt til det globale eksperiment 30. november 2016, som »måske bliver dagen, der vil blive husket, som dagen hele verden gik sammen om teste kvanteteorien«, som Nature formulerer det i en leder i denne uge.