Безумный квантовый эксперимент нарушил концепцию «до и после» — Naked Science
7 минут
Редакция

Безумный квантовый эксперимент нарушил концепцию «до и после»

Физики отправили одну частицу по двум путям одновременно, доказав принцип квантовой неопределенности на практике. Феномен также можно применить в коммуникационных технологиях.

24854-quantum-mechanics1
©Wikipedia

На протяжении почти века считалось, что частицы не обладают определенными свойствами до тех пор, пока их не поймают и не проведут измерения. Такой тип квантовой «странности» открывает целый мир парадоксов, противоречащих здравому смыслу. В качестве примера рассмотрим такое явление: одна частица может испытывать две последовательности событий одновременно, из-за чего невозможно определить, какое из них произошло раньше другого.

 

Физики из Квинслендского университета разработали «беговую дорожку» для света и заставили одну частицу двигаться по двум путям одновременно, что делает невозможным определение порядка, в котором она совершает пару операций. В прежней скучной жизни ученые могли спустить с трапа шар, чтобы он ударил в колокольчик А, а затем в колокольчик Б. Или же можно было спустить его с другого трапа, чтобы он сначала ударил в Б, а затем в А. Можно даже сделать сооружение, в котором звон одного колокольчика спровоцирует звон другого.

 

Ничего из вышеописанного не удивляет, ведь мы привыкли, что все во Вселенной упорядочено и одни события предшествуют другим, согласно закону причины и следствия. Но все становится куда сложнее, когда мы принимаем тот факт, что реальность — это туман вероятностей, ожидающих, когда их измерят.

 

Чтобы продемонстрировать это, физики создали физический эквивалент квантового переключателя, в котором множество операций происходит, когда частица находится в суперпозиции всех возможных положений. Говоря простым языком, команда разработала дорожку, разделяющуюся и снова смыкающуюся внутри интерферометра, с доступом к каждой развилке, зависящей от поляризации входящего в нее света.

 

Прогнозируемый пространственный режим выхода целевого кубита / © University of Queensland

 

Световые волны, проходящие по каждой развилке на своем пути, затем сливаются и интерферируют, создавая характерную картину, в зависимости от своих свойств. В этом случае две световые волны были одним и тем же фотоном, прошедшим оба пути одновременно.

 

До измерения фотон может иметь либо горизонтальную, либо вертикальную поляризацию. Если точнее, он имеет одновременно вертикальную и горизонтальную поляризацию до тех пор, пока одна из них не будет зарегистрирована в процессе измерения. Из-за своей неопределенной поляризации фотон идет по обоим путям: его вертикально поляризованная версия следует по одному каналу, а горизонтально поляризованная — по другому.

 

В качестве «колокольчиков» команда установила на каждом пути линзы, слегка изменяющие форму фотона. Горизонтальная поляризация била в «колокольчик» А перед достижением Б, а вертикальная — сначала в Б, потом в А. Анализ интерференционной картины объединенного фотона показал признаки беспорядка возможных последовательностей.

 

С одной стороны, две отдельные частицы света представить очень просто: одна поляризована горизонтально, другая — вертикально, каждая из них проходит через линзу по своему пути. Однако это совсем не то, что происходило в ходе эксперимента. Это был единственный фотон с двумя возможными сценариями, ни один из которых не был реальным до измерений.

 

В то время как события А и Б были независимы в этом квантовом переключателе, они могли быть связаны и даже влияли друг на друга. А могло спровоцировать Б или же Б могло спровоцировать А. Все зависит от того, какой сценарий вы выберете.

 

У этого эксперимента, несмотря на всю странность результатов, все же может быть одно практическое применение — в области квантовой коммуникации. Передача фотонов по шумному каналу может быть губительной для их квантовой информации из-за нарушения их бесценных суперпозиций. Однако передача частиц по каналам, оснащенным квантовым переключателем, дает возможность квантовой информации добраться до точки назначения в целости и сохранности.

 

Работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters, объясняет, как применение квантового переключателя к двум шумным каналам способно обеспечить сохранность суперпозиции.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
8 часов назад
10 минут
Мария Азарова

Исследование американских кардиологов показало, что алкоголь практически неминуемо влияет на сердечный ритм, приводя к фибрилляции предсердий. Всего одна порция вина, пива или другого спиртного более чем в шесть раз повысила риск приступа в течение следующих четырех часов.

Вчера, 22:01
5 минут
Мария Азарова

В среднем интернет-пользователь тратит 32 секунды на выполнение задачи CAPTCHA, подсчитали эксперты. Таким образом, в сумме у человечества ежедневно уходит 500 лет на доказательство того, что мы не роботы.

Позавчера, 10:05
2 минуты
Sergei Sobol

Обращаете внимание, какой творческий подход проявляют дизайнеры при создании электрических мотоциклов? Каждый из них уникален своими особенностями, и наш сегодняшний фаворит – концептуальный электрический байк BMW Motorrad – не исключение. Он создан дизайнером из Валенсии Яго Валино (Iago Valino), вдохновившимся кастомными мотоциклами мастерской El Solitario. А эстетика байка навеяна культовыми мотоциклами Ural, в которые советские инженеры добавили собственный взгляд на традиции BMW.

Позавчера, 12:51
39 минут
Александр Березин

В июне 2020 года канадские астрономы рассчитали, что в Млечном Пути может быть пять миллиардов планет, похожих на Землю и вращающихся вокруг звезд, похожих на Солнце. Однако это лишь видимая часть айсберга обитаемых планет. Дело не только в том, что вокруг звезд других типов их больше: и сами условия на экзопланетах в других системах могут быть куда благоприятнее для жизни, чем у нас с вами. Попробуем понять почему.

Позавчера, 10:05
2 минуты
Sergei Sobol

Обращаете внимание, какой творческий подход проявляют дизайнеры при создании электрических мотоциклов? Каждый из них уникален своими особенностями, и наш сегодняшний фаворит – концептуальный электрический байк BMW Motorrad – не исключение. Он создан дизайнером из Валенсии Яго Валино (Iago Valino), вдохновившимся кастомными мотоциклами мастерской El Solitario. А эстетика байка навеяна культовыми мотоциклами Ural, в которые советские инженеры добавили собственный взгляд на традиции BMW.

8 часов назад
10 минут
Мария Азарова

Исследование американских кардиологов показало, что алкоголь практически неминуемо влияет на сердечный ритм, приводя к фибрилляции предсердий. Всего одна порция вина, пива или другого спиртного более чем в шесть раз повысила риск приступа в течение следующих четырех часов.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

24 апреля
9 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали обратную связь всех конечных точек смертности с содержанием омега-3-полиненасыщенных жирных кислот. Согласно их выводам, более высокие уровни некоторых основных ПНЖК в тканях и крови могут снижать вероятность смерти от всех причин в среднем на 13% и в итоге замедлять процесс старения.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: