Lomittuminen

Lomittuminen on yksi kuuluisimmista kvantti-ilmiöistä. Tarkastellaan esimerkkinä tilannetta, jossa hiukkanen pomppii edestakaisin laatikossa. Laatikko jaetaan satunnaisella hetkellä kahteen osaan. Hiukkanen jää kvanttimekaanisesti tilaan, jossa se on yhtä aikaa oikealla ja vasemmalla puoliskolla. Jos puoliskot nyt erotetaan, ne ovat lomittuneet ja kumpikin on superpositiotilassa, jossa siellä sekä on, että ei ole hiukkasta. Jos nyt oikeaa puoliskoa tutkitaan, superpositiotila romahtaa ja hiukkanen havaitaan tai sitten ei. Jos hiukkanen havaitaan oikeassa puoliskossa, vasemman puoliskon tila on myös tiedossa: on selvää, että siellä ei ole hiukkasta. Vasemman puoliskon tila muuttuu välittömästi, kun oikean puoliskon tilaa tutkitaan. Tämä tapahtuu riippumatta siitä, kuinka kaukana puoliskot ovat toisistaan.

Tyypillinen lomittunut systeemi on kaksi alkeishiukkasta, esim. elektronipari, tai kaksi fotonia. Yksi lomittumisen hyötykäyttö on herkkien kohteiden kuvaaminen. Kohteeseen lähetetään fotoneja, jotka ovat lomittuneet kameralle menevien fotonien kanssa. Kuva tulee tällöin otettua heti fotonien osuessa kohteeseen, ei vasta kohteesta sironneiden fotonien saapuessa takaisin kameraan. Lisäksi lomittuminen voidaan toteuttaa niin, että kameraan saapuvat fotonit ovat korkeaenergisiä ja tulevat helposti havaituksi kennolla, kun taas kuvattavaan näytteeseen osuvat fotonit ovat matalaenergisiä, eivätkä vaurioita sitä. Tekniikka on hiljalleen leviämässä laajempaan käyttöön esim. valoherkkien biologisten näytteiden kuvaamisessa.

Lomittuneilla fotoneilla valokuvaaminen (Nature.com)