24.08.2018
Редакция Naked Science
1 445

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.
Позавчера, 13:04
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

Вчера, 16:05
Александр Березин

Океаны на нашей планете не могли возникнуть сразу после ее появления: здесь было слишком жарко. Однако попытки объяснить их «кометным завозом» не удались, изотопный состав нашей воды не такой, как в кометах. До самых недавних пор оставалось неясным, откуда же тогда она появилась, сделав возможной земную жизнь?

Позавчера, 19:03
Илья Ведмеденко

По данным источника РИА Новости, испытания нового варианта беспилотного летательного аппарата «Охотник» с плоским соплом начнут летом. Ранее стало известно, что первые серийные БПЛА могут передать военным уже в 2024 году.

Позавчера, 13:04
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

23 января
Илья Ведмеденко

(16) Психея – одно из самых необычных небесных тел в Поясе астероидов. Она может дать людям не только понимание о происхождении планет, но и невероятные по своим объемам ресурсы. Правда, придется подождать: миссия по исследованию астероида находится лишь в самом начале долгого и сложного пути.

21 января
Илья Ведмеденко

Заслуженные штурмовики A-10 и Су-25, которым дали прозвища «Бородавочник » и «Грач» соответственно, много десятилетий стоят на службе в Соединенных Штатах и России. Страны избрали разные подходы к модернизации этих самолетов, и сегодня Naked Science постарается понять, какой из них больше соответствует требованиям XXI века.

26.12.2021
Александр Березин

Российская тяжелая ракета имеет все шансы взлететь после Starship, хотя ее начали создавать на 20 лет раньше, да и по параметрам она радикально уступает детищу Илона Маска. Попробуем разобраться, почему любая попытка создать классическую ракету в наши дни — пустая трата времени и средств. А заодно дать ответ на вопрос, какую космическую ракету на самом деле стоит создавать России.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

20 января
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: