Фізики наблизилися до розгадки того, як працює загадковий "моторошний" квантовий стан

Квантове світло показало, що заплутаність, яка може нерозривно пов'язувати дві далекі частинки, може бути еквівалентна настільки ж дивній квантовій властивості однієї частинки. Це відкриття може стати в пригоді для розроблення нових квантових технологій і допомогти фізикам зрозуміти, чому частинки можуть від початку перебувати в стані квантової заплутаності. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише New Scientist.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

За словами вчених, квантовий світ функціонує способами, які принципово відрізняються від знайомих законів класичної фізики. Учені вивчили два основні приклади дивної квантової поведінки, відомі як контекстуальність і нелокальність.

Контекстуальність означає, що результат вимірювання квантового об'єкта залежить від того, які інші вимірювання виконуються над ним у той самий час. Нелокальність означає, що вимірювання властивостей одного квантового об'єкта, наприклад, частинки, може негайно розкрити щось про інший об'єкт, навіть якщо він розташований дуже далеко. Цю квантову заплутаність іноді називають "моторошною дією на відстані", і фізики поки що не дійшли єдиної думки, як вона працює.

Автори нового дослідження показали, що одна з цих властивостей може бути перетворена на іншу. Фізики використовували пари квантово заплутаних частинок світла, або фотонів. Вони помістили кожен фотон у квантовий стан, який мав складні обертальні властивості: якби ці фотони були частиною променя світла, цей промінь був би закручений у формі спіралі.

Що більш закрученими робили фізики фотони, то складнішими ставали їхні квантові стани. Фактично, вони змогли зробити так, що квантові стани фотонів мали до шести вимірів, тобто так, наче фотон існував у шестивимірному квантовому світі.

Оскільки фотони були квантово заплутані, фізики знали, що вони зазнають нелокальності. Наприклад, змушуючи один із фотонів проходити через детектор, який змінював його властивості, вчені завжди одразу дізнавалися про відповідні нові властивості іншого фотона без необхідності його вимірювати. Щоб пов'язати це з контекстуальністю, фізики використовували математичний підхід перетворення між нелокальністю та контекстуальністю.

Вчені створили формулу, в яку вони могли вставляти свої вимірювання, щоб перевірити, чи працює перетворення. Фізики виявили, що воно працює. Таким чином вчені показали, що квантова заплутаність може бути багатовимірною. Це відкриття відповідає давнім припущенням.

Автори дослідження кажуть, що зв'язок між контекстуальністю і нелокальністю не вивчали так само добре, як квантову заплутаність, але він може бути ключем до розуміння того, як працює цей "моторошний" квантовий стан.

Який механізм дає змогу двом квантово заплутаним фотонам зберігати свої властивості пов'язаними, навіть коли вони перебувають далеко один від одного? Цей експеримент наближає вчених до відповіді на одне з головних питань квантової фізики.

Також нове дослідження може мати практичні наслідки. Фізики вважають, що їхні результати можуть бути корисними для розробки таких технологій, як надзахищений квантовий зв'язок, ефективна квантова криптографія і деякі типи квантових обчислень.

Як уже писав Фокус, астрофізики знайшли причину того, чому перші зірки у Всесвіті мали обмеження за масою і не могли вирости до надзвичайно великих розмірів.

Також Фокус писав про те, що вертоліт NASA виміряв швидкість вітру на Марсі і вчені були здивовані результатом.