Безумный квантовый эксперимент нарушил концепцию «до и после»
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.
6 июля
5 минут
Мария Азарова

Ученые, работающие с крупнейшим в мире радиотелескопом, сообщили об обнаружении эмиссии нейтрального водорода, исходящей от объектов за пределами нашей Галактики.

Позавчера, 09:25
3 минуты
Сергей Васильев

Моделирование показало, что планеты класса мини-нептунов могут быть покрыты океаном воды в состоянии сверхкритического флюида — промежуточном между обычной жидкостью и газом.

7 часов назад
4 минуты
Мария Кривоченко

Несмотря на ослабление ограничительных мер, риск заболеть Covid-19 все еще велик, считают российские вирусологи. Они составили список мест, где появляться сейчас особенно опасно.

6 июля
5 минут
Мария Азарова

Ученые, работающие с крупнейшим в мире радиотелескопом, сообщили об обнаружении эмиссии нейтрального водорода, исходящей от объектов за пределами нашей Галактики.

5 июля
26 минут
Илья Ведмеденко

Новый БПЛА С-70 «Охотник» может стать главным российским проектом в сфере боевой авиации. Но сначала ему нужно подтвердить свою пользу.

6 июля
4 минуты
Сергей Васильев

Кажется, сходство безногих земноводных со змеями идет куда дальше внешнего вида, и эти животные способны поражать жертву ядовитым укусом.

6 июля
5 минут
Мария Азарова

Ученые, работающие с крупнейшим в мире радиотелескопом, сообщили об обнаружении эмиссии нейтрального водорода, исходящей от объектов за пределами нашей Галактики.

1 июля
5 минут
Мария Кривоченко

Один из детекторов Большого адронного коллайдера обнаружил новую частицу, состоящую из четырех очарованных кварков. Физики полагают, что это первый представитель неописанного класса частиц.

27 июня
8 минут
Sergei Sobol

Уроки астрономии вернулись в российские школы в 2018 году. За то время, пока эта наука была необязательным предметом, в ней произошло много событий, не все из которых нашли отражение в учебниках. Кроме того, в них и раньше не были упомянуты многие интересные факты.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: