Вчені вперше візуалізували квантову заплутаність
Швейцарські фізики на новому рівні повторили експеримент італійських колег і вперше у світі довели, що ефект квантової заплутаності, або, як його ще називають, зчепленості, можна спостерігати неозброєним оком.
При квантовій зчепленості два і більше квантових об'єкта можуть бути пов'язані таким чином, що при вимірах спостерігатиметься кореляція їх властивостей, незалежно від того, якою відстанню розділені частинки. І це з урахуванням того, що виміри у квантовій механіці принципово носять статистичний, імовірнісний характер.
Раніше цей ефект спостерігався лише на мікрорівні, і для того, щоб зареєструвати подію, доводилося використовувати дуже чутливу апаратуру.
У 2008 році Фабіо Шарріно (Fabio Sciarrino) та його колеги з Римського університету сплутали два фотони, а потім «підсилили» другий з них, щоб на виході отримати тисячі фотонів у тому ж квантовому стані.
Вийшло, ніби перший фотон, представник мікросвіту, був пов'язаний з макроскопічним об'єктом - вихідним світлом (що представляє потік фотонів).
Нещодавно цей експеримент вирішив повторити гурт Ніколаса Гізіна (Nicolas Gisin) з Женевського університету. Однак швейцарці дещо вдосконалили його, щоби на виході отримати візуальне підтвердження квантової зчепленості.
«Я відразу зрозумів, що людське око може побачити ту безліч вихідних фотонів», — розповідає Гізін про перше враження від прочитання роботи італійців.
Вчені з Женеви також сплутали два фотони: один був відправлений у стандартний детектор, другий «перетворений» на потік фотонів з однаковою поляризацією. Таким чином, мала місце як би мікромакроквантова заплутаність.
Ніколас та його колеги сіли на місце другого детекторафотонів і під час дослідів провели у темряві кілька довгих годин. Установка була зібрана так, що світловий промінь повинен з'явитися в одному з двох положень, що показують вид поляризації вихідного випромінювання. (Пізніше експеримент про всяк випадок повторили і в присутності детектора.)
Обидві групи фізиків використовували стандартний тест Белла (Bell test), щоб перевірити, наскільки добре корелює поляризація першого фотона та світлового потоку на виході. Обидві отримали позитивний результат.
Щоправда, як з'ясувалося, у разі макроскопічних об'єктів вірити йому не можна. Це було доведено у другій частині роботи швейцарців. Гізін з товаришами змінили експериментальну установку таким чином, щоб стан другого фотона вимірювався перед тим, як він потрапляв у «підсилювач». Відповідно, у момент виміру початкова квантова сплутаність першого фотона та світла на виході порушувалася.
Така система не мала пройти тест Белла. Але фізики знову здобули позитивний результат. У цьому можна було б звинуватити детектор (і навіть людину, очі якої не можна назвати точним інструментом). Але справжня причина помилки тесту Белла полягала у втраті частини фотонів. Зазвичай цього немає, оскільки фізики, зазвичай, працюють із невеликою кількістю часток.
Але в міру збільшення числа фотонів рівень таких втрат збільшується, а тест стає безглуздим. Відповідно, незалежно від того, чи отримали італійці квантову заплутаність об'єктів мікро- та макросвіту, результат був би позитивним, каже Ніколас.
Проте перша частина швейцарського досвіду, на думку Гізіна, показала, що два фотони справді перебували у зчепленості. І тому такий ефект можна спостерігати безпосередньо.
Самі італійці підозрювали, що на тест Белла повністю покладатися не можна було, і тепер планують підтвердити мікромакросплутаність у новому експерименті. Другий фотон передаватиме «дані» про квантовий стан лазеру, світло якого цього разу має бути направлене в детектор. В даному випадку людину замість сенсора поставити не вийде, інакше лазер спалить їй очі.
До речі, подивіться, як вчені примудрилися візуалізувати рух електронів.