Физики впервые "сфотографировали" сильно запутанные частицы

МОСКВА, 15 июл – РИА Новости. Шотландские физики впервые получили фотографии двух частиц, находящихся в так называемом "состоянии Белла" – особом подвиде запутанности, который активно используется в шифровании и телепортации. Полученные ими фотографии и выводы были опубликованы в журнале Science Advances.

«

"Эти фотографии стали элегантной демонстрацией одного из фундаментальных законов природы, который мы впервые смогли увидеть в подобном виде. Получение данных снимков станет большим шагом вперед в развитии квантовых вычислений", — заявил Поль-Антуан Моро (Paul-Antoine Moreau) из университета Глазго (Шотландия).

Ученых давно интересует то, почему мы не можем наблюдать феномен квантовой запутанности – взаимосвязанности квантовых состояний двух или более объектов, при котором изменение состояния одного объекта мгновенно отражается на состоянии другого, в мире обыденных предметов.

Сегодня физики объясняют отсутствие подобных "странных связей", как выражался Эйнштейн, между двумя яблоками и прочими видимыми объектами тем, что они разрушаются в результате декогеренции, взаимодействий подобных запутанных объектов с атомами, молекулами и прочими объектами и силами окружающей среды.

Соответственно, чем крупнее объект, тем больше он будет контактировать с окружающей средой, и тем быстрее будет распадаться квантовая связь. Подобное решение породило массу новых споров – где "начинается" и где "кончается" квантовая механика, влияет ли она на поведение макрообъектов и можно ли нащупать эту границу между "миром кота Шредингера" и "яблоком Ньютона".

Многие ученые сегодня считают, что этой границы не существует и что законы квантового мира хорошо описывают и все процессы в "макро-Вселенной". Моро и его коллеги в очередной раз проверили это на практике, пытаясь получить фотографии так называемого "состояния Белла".

Так физики называют одну из самых простых и при этом полезных форм квантовой запутанности, при котором две запутанные частицы всегда находятся или в совпадающих, или в противоположных состояниях. К примеру, если спин одной из них повернут "вверх", то аналогичная характеристика второй частицы будет всегда направлена в ту же сторону, и наоборот.

Благодаря этой черте, подобные состояния часто используются не только в опытах по проверке выкладок квантовой физики, но и при создании систем квантового шифрования и телепортации. Несмотря на то, что подобные приборы уже давно используются в работе банков и научных учреждений, ученые до сих пор не знали, можно ли сфотографировать состояние Белла и при этом не разрушить его.

Моро и его коллеги добились этого, создав специальный источник запутанных частиц света и набор из фильтров. Они меняли поляризацию одного из фотонов таким образом, что ученые могли одновременно сфотографировать вторую частиц света, используя лишь одну светочувствительную матрицу и вращая эти поляризаторы.

Складывая и усредняя картинки, которые камера получала для каждой частицы, ученые смогли понять, куда "падали" фотоны и в каких состояниях они находились, сравнивая результаты наблюдений с предсказаниями теории.

Как показали эти наблюдения, положение частиц света на снимках не соответствовало предсказаниям "классической" физики. Это подтвердило квантовую природу этих фотографий и изображенного на них источника запутанных фотонов.

Подобные системы, как отмечают исследователи, можно уже сейчас использовать на практике для проверки того, пытаются ли квантовые "хакеры" взломать защищенные сети, а также для получения экзотических фотографий объектов, имеющих квантовую природу.