Эксперимент с 37 измерениями показал, что квантовая физика более странная, чем считалось

Фото: New Scientist

Физики создали частицы света, которые фактически существуют в 37 измерениях одновременно, чтобы проверить экстремальную версию квантового парадокса. По словам ученых, этот эксперимент показал, что квантовая физика намного больше отличается от классической физики, чем многие думали. Исследование опубликовано в журнале Science Advances, пишет New Scientist.

Авторы исследования сосредоточились на парадоксе Гринбергера-Хорна-Цайлингера (ГХЦ), который показывает, что квантовые частицы могут оставаться связанными на больших расстояниях. В простейшей версии парадокса три частицы связаны с помощью квантовой запутанности, особой связи, которая позволяет наблюдателям узнать что-то об одной частице, взаимодействуя с двумя другими.

Как показали прошлые эксперименты, ситуация, когда частицы могут влиять друг на друга только тогда, когда они находятся в непосредственной близости, то есть квантовая запутанность запрещена, приводит к математическим невозможностям.

Фактически, парадокс можно выразить через вычисление, которое заканчивается равенством 1 и -1, что не может быть правдой. В 90-х годах прошлого века физики поняли, что единственный способ избежать таких невозможностей — это принять, что частицы могут участвовать в квантовой запутанности.

Авторы исследования хотели создать самую экстремальную версию этого парадокса на сегодняшний день. В частности, они хотели найти состояния фотонов или частиц света, поведение которых в эксперименте с ГХЦ будет максимально отличаться от поведения частиц классической физики.

Расчеты показали, что фотоны должны находиться в квантовых состояниях, столь же сложных, как если бы они существовали в 37 измерениях. Точно так же, как ваше состояние прямо сейчас можно определить с помощью трех пространственных измерений и одного измерения времени, для определения состояния каждого фотона нужно использовать 37 таких измерений. Физики проверили эту идею, переведя многомерную версию парадокса ГХЦ в серию импульсов очень когерентного света, то есть света, чрезвычайно равномерного по цвету и длине волны, которым ученые затем могли управлять.

Физики говорят, что состояние, закодированное светом, и его измерения управляются одной и той же математикой, лежащей в основе квантовой физики. Таким образом, эксперимент может производить некоторые из самых неклассических эффектов в квантовом мире. Этот тип квантового моделирования чрезвычайно сложен технически и требует очень стабильных и точно откалиброванных устройств.

Ученые говорят, что результат эксперимента может быть актуален и через 100 лет. Помимо исследования пределов квантовости, новая работа может также иметь последствия для того, как квантовые состояния света и атомов используются для обработки информации, например, в квантовых вычислениях.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ARDinform