Физики создали квантовую связь между фотонами

Физики создали квантовую связь между фотонами

Термин "квантовая запутанность" был введён ещё Эрвином Шрёдингером в 1935 году для обозначения явления, при котором состояния частиц оказываются взаимосвязанными вне зависимости от расстояния, разделяющего эти частицы. По сути, это явление — всего лишь доказательство парадоксальности квантовой механики, однако современной физике под силу создать сеть частиц, имеющих квантовую связь между собой.

Несмотря на то, что это явление описывается теориями квантовой механики и доказывается экспериментально, многие учёные относятся к нему скептически. Этот раскол в научном мире произошёл ещё с момента спора Альберта Эйнштейна и Нильса Бора. Эйнштейн говорил, что квантовая запутанность — идея слишком абсурдная и не имеет ничего общего с реальностью и наблюдениями. Он называл это "призрачным взаимодействием" (spooky action), поскольку данная теория шла вразрез с его утверждением о непреодолимости скорости света.

Сегодня учёные из Израиля экспериментально доказали, что возможно создать пару фотонов, имеющих квантовую связь, даже если они не существуют в одно и то же время. То есть, к тому удивительному факту, что подобная связь работает даже на большом расстоянии (хоть все 13,8 миллиардов световых лет), добавляется ещё и временное разделение. Получается, что взаимосвязь двух частиц настолько сильна, что их может разделять и время, и пространство, а квантовая связь всё равно будет действовать.

Квант света, он же фотон (который одновременно представляет собой и частицу, и волну) может быть поляризован и, по сути, может принимать два состояния: вертикальной и горизонтальной поляризации. Запутанность возникает, если имеются парные фотоны, каждый из которых может быть либо горизонтально, либо вертикально поляризованным. Их квантовая связь проявляется следующим образом: если измерить состояние одного фотона, то можно с уверенностью сказать, что состояние его пары будет противоположным. То есть, если частица, свойства которой мы можем узнать, поляризована вертикально, то парная частица, находящаяся хоть на другом конце Вселенной, будет поляризована горизонтально, и наоборот.

Специалист по квантовой оптике Эли Мегидиш (Eli Megidish) и его коллега Хагай Айзенберг (Hagai Eisenberg) из Еврейского университета в Иерусалиме создали квантовую связь между двумя фотонами, которые не существовали одновременно.

Они начали со схемы, известной как "обмен запутанностями" (entanglement swapping). Для этого они дважды направили луч лазера на специальный кристалл, чтобы получить две пары фотонов. Полученные частицы обозначили цифрами: пара 1 и 2, пара 3 и 4. Первоначально частицы 1 и 4 не имели квантовой связи, но она должна была появиться, как только учёные установили бы запутанность между фотонами 2 и 3.

"Проекционное измерение" свойств одной из частиц вызывает появление определённого её состояния, а также изменение состояния парной частицы на противоположное, как в случае с вертикальной и горизонтальной поляризацией. Таким образом, даже если фотоны 2 и 3 не были изначально запутаны, путём измерений физики придали одному из них одно состояние из двух, а его "напарнику" — противоположное.

Любое измерение вызывает запутанность фотонов, даже если при этом происходит разрушение одного из них. Итак, если рассматривать только тот случай, при котором частицы 2 и 3 оказываются в одном и том же состоянии, то фотоны 1 и 4 автоматически оказываются запутанными после измерений. Для наилучшего понимания можно привести простой пример: если у вас есть цепь из четырёх звеньев, то при соединении её крайних звеньев, серединные также оказываются связанными.

Чтобы создать квантовую запутанность между фотонами 1 и 4, которые даже не существовали в один и тот же момент, Айзенберг и его коллеги для начала запутали фотоны из пары 1 и 2, а затем измерили поляризацию фотона 1 обычным способом. Затем уже физики "связали" частицы 3 и 4 и произвели "проекционные измерения". Последним этапом исследователи измерили поляризацию фотона 4. И даже при условии того, что фотоны 1 и 4 никогда не сосуществовали, квантовая запутанность всё равно проявлялась между ними, сообщают учёные в препринте статьи на сайте arXiv.org.

Айзенберг говорит, что даже в условиях теории относительности, где два наблюдателя, движущиеся с разной скоростью, по-разному воспринимают последовательность событий во времени, ни один из них не скажет, что частицы 1 и 4 из его эксперимента когда-то существовали одновременно.

"Наш эксперимент показывает, что не совсем логично считать квантовую запутанность каким-то реальным физическим явлением. Поскольку два фотона никогда не существовали одновременно, невозможно утверждать, что между ними существовала связь в какой-либо момент времени", — рассказывает Айзенберг.

Физик из Венского университета Антон Цайлингер (Anton Zeilinger) считает, что эксперимент его израильских коллег в очередной раз доказывает, как неустойчивы концепции квантовой механики. "Квантовые эффекты имеют мало общего с тем, что мы наблюдаем в реальной жизни каждый день", — говорит он.

И всё же прогресс в области квантовой механики может в корне изменить привычную для нас жизнь. К примеру, на основе исследования Айзенберга и его коллег можно будет создать неразрывную скрытую связь между двумя пользователями, находящимися на большом расстоянии друг от друга. Пользователю на другом конце "провода" не нужно будет ждать, пока передаётся информация: изменение состояния противоположного фотона мгновенно вызовет изменение и его пары. Цайленгер также надеется, что такие эксперименты смогут вдохновить создателей квантовых компьютеров на усовершенствование технологий.

Источник: vesti.ru

Похожие новости:
Физики продемонстрировали работу квантового переключателя
Физики Гарвардского университета и Массачусетского технологического института под руководством Михаила Лукина придумали квантовые переключатели, управлять работой которых можно единичными фотонами. Свое исследование авторы опубликовали в журнале Nature, кратко с ним можно ознакомиться на сайте Гарвардского университета. В ..
2014-04-25 1899 0 Научные открытия
0
Физики провели обмен квантовой запутанности на расстоянии 100 километров
Китайские ученые смогли произвести обмен квантовой запутанности между фотонами из квантово-запутанных пар, разделенных оптоволокном длиной более 100 километров. Этот результат превосходит по расстоянию все предыдущие аналогичные попытки и расширяет возможности квантовой телепортации с обменом запутанности до междугородных ..
2017-10-26 8721 0 Научные открытия
0
Ученые провели опыты над фотонами света
До недавнего времени рекордное количество запутанных квантовых измерений фотонов равнялось 11, но группе учёных из Institute for Quantum Optics and Quantum Information под руководством Антона Зеилингера и Марио Крена удалось увеличить данный рекорд почти в 10 раз. Их работа поможет в обеспечении ..
2014-04-07 2188 0 Научные открытия
-3
НАСА разглядит гравитационные волны
Команда исследователей из Центра космических полётов Годдарда, Стенфордского университета и компании AOSense недавно выиграла финансирование по программе НАСА Innovative Advanced Concepts (NIAC) на развитие технологий, связанных с атомной оптикой, или атомной интерферометрией. Некоторые полагают, что такие технологии ..
2012-10-23 1582 1 Научные открытия
0
Ученые научились передвигать макрообъекты с помощью света
Международная группа физиков продемонстрировала систему, в которой с помощью света управляла движением макрообъекта – 30-микронного стеклянного "пончика", используя квантово-механические законы микромира. Статья с результатами работы ученых опубликована в журнале Nature. Краткое ее изложение приводится в пресс-релизе ..
2012-02-8 2056 1 Научные открытия
0
У вакуума обнаружено необычное квантовое свойство
Европейская Южная Обсерватория (ESO) сообщает о том, что учёным, возможно, удалось получить свидетельства необычного свойства вакуума, которое было предсказано 80 лет назад.В обычном состоянии вакуум ничем не проявляет себя, и свет распространяется через него без изменений. Но согласно ..
2016-12-07 3791 0 Научные открытия
0
Изменение скорости света связали с темной материей
Физики из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее предположили, что темная материя может приводить к изменению фундаментальных констант, в частности, скорости света в вакууме. Результаты своих исследований авторы опубликовали в Physical Review Letters, а кратко с ними можно ознакомиться ..
2015-11-22 4024 0 Научные открытия
0
Астрофизики построили рекордно точную вселенскую «линейку»
Астрофизики, участвующие в проекте BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, Спектроскопический обзор барионных осцилляций) составили трехмерную карту ближайшей Вселенной с рекордной точностью. Ошибка определения расстояний в ней составляет не более одного процента. Работа выложена в виде препринта ..
2014-01-09 1859 3 Научные открытия
0
Физики снизили скорость света
Британские физики сообщили о наблюдении фотонов, которые перемещаются в вакууме со скоростью, меньшей чем скорость света. О результатах своих экспериментов ученые сообщили в журнале Science, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте New Scientist. Скорость света в вакууме является фундаментальной физической ..
2015-01-24 2896 0 Научные открытия
0
В алмазе увидели квантовый эффект Зенона
Древнегреческий мыслитель и математик Зенон Элейский известен своими логическими парадоксами. Один из них — Стрела Зенона — звучит следующим образом: "Летящая стрела неподвижна, так как в каждый момент времени она занимает равное себе положение, то есть покоится; поскольку ..
2013-08-22 2724 0 Научные открытия
0
Физикам удалось обнаружить фотоны, не изменив их свойства
Квантовая теория гласит: невозможно измерить свойства частицы, не затронув при этом её квантового состояния. Этот постулат лежит в основе знаменитого принципа неопределённости Гейзенберга, который невозможно преодолеть на практике. Но новейшие исследования физиков показывают, что его можно в определённой степени… ..
2013-11-19 2144 0 Научные открытия
0
Зарегистрирован эффект Доплера у вращающихся тел
Физики из Великобритании продемонстрировали эффект Доплера при отражении света от вращающегося объекта. Причем ось вращения может быть параллельна направлению падающих лучей света. Ключевую роль в явлении играет орбитальный угловой момент, или закрученность света. Подробности приведены в журнале ..
2013-08-2 2288 0 Научные открытия
-1
Ученые запутали 100 тыс. фотонов
Ученым впервые удалось получить, зарегистрировать и посчитать одновременно 100 тысяч фотонов света, запутанных на квантовом уровне. Это рекордное количество во много раз превысило предыдущее подобное достижение, которое составляло сначала всего 8, а затем 12 запутанных фотонов. Такая технология регистрации ..
2012-11-1 1792 1 Научные открытия
0
Впервые создан комплекс одновременно с одинарной, двойной и тройной связью металл-азот
Химики из Университета Мичигана впервые синтезировали комплекс, в котором центральный атом металла одновременно образует одинарные, двойную и тройную связи с атомами азота лигандов. Нитридо-имидо-амидный комплекс хрома был получен в двухстадийном синтезе и оказался янтарно-желтым кристаллическим соединением. Синтез ..
2016-01-15 1429 0 Научные открытия
0
Для телепортации человека потребуется 350 тысяч возрастов Вселенной
Термин "телепортация" был введён в 1931 году американским писателем Чарльзом Фортом и с тех пор используется чуть ли не ежедневно. Первая ассоциация с этим термином — мгновенное перемещение из одной точки пространства в другую, только вот, как выяснилось, если телепорт и изобретут, тот перемещать ..
2013-08-12 2818 0 Научные открытия
0