Експеримент із 37 вимірами показав, що квантова фізика більш дивна, ніж вважалося

Фізики створили частинки світла, які фактично існують у 37 вимірах одночасно, щоб перевірити екстремальну версію квантового парадокса. За словами вчених, цей експеримент показав, що квантова фізика набагато більше відрізняється від класичної фізики, ніж багато хто думав. Дослідження опубліковано в журналі Science Advances, пише New Scientist.

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

Автори дослідження зосередилися на парадоксі Грінбергера-Горна-Цайлінгера (ГГЦ), який показує, що квантові частинки можуть залишатися пов'язаними на великих відстанях. У найпростішій версії парадокса три частинки пов'язані за допомогою квантової заплутаності, особливого зв'язку, що дає змогу спостерігачам дізнатися щось про одну частинку, взаємодіючи з двома іншими.

Як показали минулі експерименти, ситуація, коли частинки можуть впливати одна на одну тільки тоді, коли вони перебувають у безпосередній близькості, тобто квантова заплутаність заборонена, призводить до математичних неможливостей. Фактично, парадокс можна виразити через обчислення, яке закінчується рівністю 1 і -1, що не може бути правдою. У 90-х роках минулого століття фізики зрозуміли, що єдиний спосіб уникнути таких неможливостей — це прийняти, що частинки можуть брати участь у квантовій заплутаності.

Автори дослідження хотіли створити найекстремальнішу версію цього парадоксу на сьогоднішній день. Зокрема, вони хотіли знайти стани фотонів або частинок світла, поведінка яких в експерименті з ГГЦ буде максимально відрізнятися від поведінки частинок класичної фізики.

Розрахунки показали, що фотони мають перебувати в квантових станах, настільки ж складних, як якби вони існували в 37 вимірах. Точно так само, як ваш стан просто зараз можна визначити за допомогою трьох просторових вимірів і одного виміру часу, для визначення стану кожного фотона потрібно використовувати 37 таких вимірів.

Фізики перевірили цю ідею, перевівши багатовимірну версію парадоксу ГГЦ на серію імпульсів дуже когерентного світла, тобто світла, надзвичайно рівномірного за кольором і довжиною хвилі, яким вчені потім могли керувати.

Фізики кажуть, що стан, закодований світлом, і його вимірювання управляються однією і тією самою математикою, що лежить в основі квантової фізики. Таким чином, експеримент може виробляти деякі з найбільш некласичних ефектів у квантовому світі. Цей тип квантового моделювання надзвичайно складний технічно і вимагає дуже стабільних і точно відкаліброваних пристроїв.

Вчені кажуть, що результат експерименту може бути актуальним і через 100 років. Крім дослідження меж квантовості, нова робота може також мати наслідки для того, як квантові стани світла й атомів використовують для обробки інформації, наприклад, у квантових обчисленнях.

Також Фокус писав про те, що фізики майже розкрили секрет того, як діє квантова заплутаність. Це може краще зрозуміти, яким чином частинки, навіть розділені великою відстанню, все ще можуть бути пов'язані одна з одною.

Ще Фокус писав про те, що астрономи з'ясували, де в Чумацькому Шляху в основному формуються планети. Формуванню планет сприяє середовище, багате на важкі хімічні елементи.