Физики сфотографировали квантовую запутанность

Paul-Antoine Moreau et al., / Science Advances, 2019

Шотландские ученые получили первое в мире изображение запутанных фотонов в момент неопределенности их физических состояний. Исследование опубликовано в Science Advances.

Квантовая запутанность — феномен, при котором квантовые состояния нескольких частиц оказываются взаимосвязанными вне зависимости от расстояния между ними. Это явление применяется в квантовой телепортации, криптографии и компьютерных технологиях. Эйнштейн с коллегами показали, что если квантовая механика полностью бы отражала реальность, то знания о состоянии одной части запутанной системы автоматически определяет состояние другой части. Получается, что информация в таком случае передается быстрее скорости света, что невозможно по законам классической физики.

В квантовой механике частицы одновременно являются и волнами без определенного положения в пространстве. Только когда появляется наблюдатель, системе приходится принять одно определенное квантовое состояние. Запутанные же частицы влияют на выбор состояния друг друга, даже если между ними больше тысячи километров

От редактора

Наш читатель Марат Хамадеев в комментариях в социальных сетях подчеркнул необходимость обратить внимание на саму значимость работы. Экспериметально доказать квантовую запутанность частиц можно проверив выполнение неравенств Белла, которые предполагают наличие скрытых параметров, определяющих состояние, которое примет одна из частиц, и результаты эксперимента можно предсказать. В том случае, если они не выполняются, частицы можно считать запутанными. Эксперименты, которые доказали нарушение неравенств Белла уже не раз проводили, в основном проверяя соответсвие поляризаций фотонов, но иногда и со спинами электронов. В настоящей работе ученым удалось собрать установку для призрачной визуализации доказательства нарушения неравенств по орбтальным угловым моментам фотонов закрученного света.

Поль-Антуан Моро (Paul-Antoine Moreau) с коллегами из Университета Глазго разделили пары запутанных фотонов, один направили сквозь жидкий кристалл, который играл роль пространственного модулятора света и изменял фазу фотонов, а другой — сразу на детектор. Камера зафиксировала изображения всех фотонов в момент, когда они претерпевали одни и те же превращения, хотя и были разделены в пространстве. То есть в момент квантовой запутанности.

Сверхчувствительная камера была способна фиксировать единичные фотоны и делать снимки только в тот момент, когда на детекторы попадала пара запутанных фотонов. Помимо четырех отдельных изображений пар, которые проходили через четыре разных фильтра, авторы работы получили одну фотографию со всеми четырьмя вариантами изменения фазы.

Результаты эксперимента подтолкнут развитие технологий получения изображений квантовых явлений, что в свою очередь, приблизит ученых к пониманию этих процессов и их дальнейшему применению.

Хотя запутанность уже используется в квантовых технологиях, изображение этого эффекта ученые получили впервые. Однако увидеть невооруженным глазом квантово-запутанные частицы уже было можно, когда физики предложили схему такого эксперимента. 

Алина Кротова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.