26 августа 2019, понедельник, 05:47
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Квантовая запутанность на фото

Paul-Antoine Moreau et al., 2019

Физики Университета Глазго во главе с Полем-Антуаном Моро (Paul-Antoine Moreau) впервые в истории сфотографировали пару фотонов в состоянии квантовой запутанности.

Напомним, что в квантовом мире состояние частицы описывается волновой функцией, задающей вероятности, с которыми частица имеет то или иное значение каждой своей характеристики. При этом сам квантовый объект находится во всех возможных состояниях сразу (это называют суперпозицией состояний). Когда же исследователь измеряет значение характеристики, происходит «коллапс волновой функции», неопределенность исчезает.

Если в ходе какого-то процесса рождается пара частиц, законы сохранения требуют, чтобы они имели определённые характеристики. Например, из двух возникших фотонов один должен иметь спиральность +1, а другой -1. Но, как уже говорилось, до того как наблюдатель измерит спиральность фотона, он находится в состоянии суперпозиции. И вот мы узнаём, что спиральность одного фотона положительна. Тут же у другого фотона, как бы далеко он ни находился, спиральность оказывается отрицательной. Получается, что между частицами происходит взаимодействие, причём это взаимодействие распространяется с огромной скоростью (потенциально — с бесконечной скоростью, если нам удастся разнести эти фотоны на бесконечное расстояние). Такая зависимость квантовых состояний называется «квантовой запутанностью» (более точным термином было бы «квантовая сцепленность» или «квантовая зацепленность»). Квантово запутанных частиц может быть не две, а больше, и характеристики их могут быть не двузначными, мы лишь рассмотрели самый простой пример.

Многие считали все рассуждения о вероятностной природе квантовых явлений лишь метафорой, облегчающей понимание. Эйнштейн отозвался об идее суперпозиции состояний знаменитой фразой «Бог не играет в кости», а квантовую запутанность в письме к физику Борну иронически назвал «жутким дальнодействием». Предполагали, что сами фотоны изначально «знают» свои характеристики, просто мы не можем их определить до измерения. Развитие физики показало, что это не так и что за парадоксальными построениями теоретиков стоит реальность.

Британец Джон Белл, работавший в ЦЕРНе, опубликовал в 1964 году статью, из которой следовала возможность экспериментально проверить, когда определяются характеристики квантово запутанных частиц: в момент их рождения или в тот момент, когда эта характеристика измерена. Статистические результаты эксперимента (так называемые «неравенства Белла») должны были отличаться в зависимости от того, какой из этих вариантов соответствует действительности. Такую проверку впервые провели в 1972 году Джон Клаузер и Стюарт Фридман, в 1981 другой эксперимент осуществил Ален Аспэ. В обоих случаях оказалось, что квантовая запутанность реально существует и характеристика пары запутанных частиц неопределённа до её измерения у одной из частиц. В частности, в эксперименте Аспэ общая спиральность фотонов была равна нулю, но у какого из фотонов спиральность +1, а у какого -1, определялось лишь в момент измерения. До этого момента каждый фотон находился в суперпозиции двух состояний. За последние несколько лет физикам удалось создать пары и группы квантово запутанных частиц, разнесённые уже более чем на сотню километров. Квантовая запутанность уже нашла практическое применение в квантовых вычислениях и криптографии.

Авторы нынешней работы разделили поток квантово запутанных фотонов так, чтобы один фотон из пары напрямую попадал на детектор, а второй предварительно проходил через специальный фильтр из жидкокристаллического бета-бората бария (β-BaB2O4), который менял фазу фотонов.

 

Схема эксперимента

Камера, способная снимать отдельные фотоны, фиксировала оба фотона из пары в одной и той же фазе, хотя через фильтр проходил только один из них. Поль-Антуан Моро в комментарии для BBC назвал результат эксперимента «элегантной демонстрацией фундаментального свойства природы».

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Металлургия Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство школа экология эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.