Fysiker vid Wiens universitet har genomfört ett experiment som påvisar en superposition av olika tidsordningar i kvanthändelser genom att använda sammanflätade fotoner och en ekvivalent till Bells olikhet. Resultaten avviker avsevärt från klassiska förväntningar, vilket tyder på att obestämd kausal ordning är en fundamental egenskap hos kvantmekaniken. Flera experimentella kryphål kvarstår dock.
Forskare från Wiens universitet har utformat ett experiment för att testa om kvantmekaniken tillåter superpositioner av kausala ordningar, där sekvensen av händelser – A före B eller B före A – blir probabilistisk snarare än bestämd. Uppställningen involverar sammanflätade fotonpar. En foton passerar genom en anordning som utför två manipulationer i en sekvens bestämd av dess polarisation: antingen operation A följt av B, eller tvärtom. Fotonens väg mäts sedan, medan mätningen av den andra fotonens polarisation avslöjar vilken ordning den första fotonen upplevde. Teamet anpassade Bells olikheter – ett verktyg som traditionellt används för att undersöka kvantsammanflätning – för scenarier med obestämd kausal ordning. Deras mätningar visade korrelationer 18 standardavvikelser bortom vad Bells teorem förutsäger under klassiska teorier om dolda variabler, vilket ger starka bevis för att tidsordningssuperposition är inneboende i kvantmekaniken. Trots det lovande resultatet har experimentet begränsningar liknande de hos tidiga sammanflätningstester. Endast cirka 1 procent av de inkommande fotonerna detekteras på grund av förluster, vilket potentiellt tillåter dolda variabler att överleva om förluster gynnar vissa delmängder. Uppställningen saknar också tillräcklig rumslig separation för att utesluta influenser med underljushastighet, utöver andra problem specifika för tester av obestämd kausal ordning. Forskarna tror att framtida förfiningar kan stänga dessa kryphål, med stöd av prejudikat från den forskning om sammanflätning som belönats med Nobelpris. Författarna belyser den praktiska potentialen: '[Enheten som används i detta arbete] kan också vara intressant för tillämpningar då det har visat sig att den kan prestera bättre än kausalt ordnade processer vid en mängd olika uppgifter såsom kanaldiskriminering, löftesproblem, kommunikationskomplexitet, brusreducering, olika termodynamiska tillämpningar, kvantmetrologi, kvantnyckeldistribution, sammanflätningsgenerering och destillering, bland andra.' Resultaten presenteras i PRX Quantum.