Безумный квантовый эксперимент нарушил концепцию «до и после» — Naked ScienceNaked Science
24.08.2018, 14:42
7 минут
Naked Science
39

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

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.

19 октября
18 минут
Александр Березин

Мы постоянно вдыхаем и поглощаем куски микропластика, поэтому предложение избавиться от их крупного источника выглядит хорошим. Увы, на деле все не так просто: попробуем показать почему.

20 октября
5 минут
Полина Гершберг

Черви помогли определить, что протеин REST, подавляя нейронную активность, опосредованно влияет на долголетие.

Вчера, 20:30
5 минут
Полина Гершберг

Занятия футболом на профессиональном уровне понижают риск смерти от рака и болезней сердца, но повышают вероятность развития деменции.

17 октября
4 минуты
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, вместо космического аппарата «Космос-2535» на орбите сейчас находятся пять объектов.

16 октября
3 минуты
Никита Шевцов

Биологи обнаружили вирус, который не может самостоятельно заражать клетки. Предполагается, что он пользуется помощью других вирусов.

16 октября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Ученые сравнили состояние мозга женщин, имеющих детей, и тех, у кого их никогда не было. Выводы оказались более чем интересны.

17 октября
4 минуты
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, вместо космического аппарата «Космос-2535» на орбите сейчас находятся пять объектов.

16 октября
3 минуты
Никита Шевцов

Биологи обнаружили вирус, который не может самостоятельно заражать клетки. Предполагается, что он пользуется помощью других вирусов.

16 октября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Ученые сравнили состояние мозга женщин, имеющих детей, и тех, у кого их никогда не было. Выводы оказались более чем интересны.

[miniorange_social_login]

Комментарии

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