Швейцарські фізики поставили експеримент, який може слугувати майже абсолютним доказом існування ефекту квантової заплутаності. Це питання вкрай бентежило багатьох фізиків минулого століття, включно з Альбертом Ейнштейном, і було предметом постійних суперечок. Для нового експерименту побудували 30 м вакуумної труби з кріогенним охолодженням, щоб фотон якомога довше летів від однієї заплутаної частинки до іншої і не встиг втрутитися у вимірювання.
Ейнштейн не міг змиритися з думкою, що квантово заплутані частинки миттєво впливають одна на одну на умовно нескінченних відстанях. У такому разі вони повинні “передавати інформацію” швидше за швидкість світла. На його думку, ми просто не все знаємо про квантову фізику, і можуть бути якісь приховані параметри, що вже містяться в характеристиках частинки та видаються у відповідь на вимірювання властивостей однієї із заплутаних частинок.
Наприклад, якщо ми виміряли напрямок спіна одного з пари заплутаних фотонів, то інформація про спін другого (він буде протилежним за напрямком) стає відома миттєво, де б цей другий фотон із пари не перебував. Це також називають ефектом квантової телепортації.
Для визначення системи на наявність прихованих параметрів у 60-х роках минулого століття фізик Джон Белл запропонував уявний експеримент, який уже в сімдесяті роки поставив Джон Клаузер (за що йому, зокрема, було присуджено Нобелівську премію з фізики за 2022 рік). У класичній системі (нашому з вами світі) нерівності Белла дотримуються завжди, тоді як у квантовому світі вони порушуються.
Якщо застосувати нерівності Белла до заплутаних частинок, то випадковий вимір двох заплутаних частинок одночасно має або задовольняти нерівності, або порушувати їх. В останньому випадку це буде доказом, що жодних прихованих параметрів немає і частинки “передають інформацію” за законами квантової фізики – швидше за швидкість світла.
Вчені зі Швейцарської вищої технічної школи Цюріха (ETH Zurich) створили кріогенну установку, в якій фотон подорожує довше, ніж проводять локальні вимірювання пов’язаних частинок. По 30-й трубі у вакуумі з охолодженням до -273°C мікрохвильовий фотон пролітає з одного кінця в інший за 110 нс. Вимірювання тривали на кілька наносекунд швидше. Жодна інформація за класичними законами не могла передатися за цей час, тоді як ефект квантової заплутаності частинок себе повністю проявив.
До цього застосування нерівностей Белла передбачало лазівки в постановці експериментів. Усунути всі спірні місця міг тільки експеримент, під час якого вимірювання повинні проводитися за менший час, ніж потрібно світлу, щоб пройти від одного кінця до іншого – це доводить, що між ними не було обміну інформацією.
“У нашій машині 1,3 [тонни] міді та 14 000 гвинтів, а також величезна кількість знань з фізики та інженерних ноу-хау”, – сказав квантовий фізик з ETH Zurich Андреас Валлрафф.
У поставленого експерименту була й інша мета – переконатися, що порівняно великі надпровідні системи можуть мати квантові властивості. У досліді брали участь дві надпровідні схеми, які відігравали роль пов’язаних частинок, тоді як зазвичай йдеться про заплутування елементарних частинок на кшталт електронів, фотонів або атомів. В експерименті використовувалися об’єкти нашого великого світу, і вони відіграли за законами квантової фізики.
Це означає, що на основі надпровідних макросистем можна будувати квантові комп’ютери, здійснювати квантовий зв’язок і робити багато іншого цікавого не заглиблюючись до таких тонких і полохливих (надчутливих) матерій, як елементарні частинки. У цьому прихований небувалий потенціал, який вчені мають намір розробляти далі.
Читайте також:
Leave a Reply