Technology

Перша в історії фотографія квантової заплутаності

Фізики з шотландського університету Глазгоповідомили про експеримент, в результаті якого вчені змогли отримати першу в історії фотографію квантової заплутаності часток. Явища за мірками фізики настільки дивного, що навіть великий вчений 20-го століття Альберт Ейнштейн прозвав його «страшним дією на відстані». Досягнення шотландських вчених дуже важливо для розробки нових технологій. Чому? Давайте розбиратися.

Що таке квантова заплутаність?

Якщо говорити простими словами, квантовазаплутаність - це явище, при якому стан двох або більше об'єктів, як правило частинок, може бути взаємозалежним незалежно від їх відстані один від одного. Іншими словами, навіть якщо віддалити ці частинки на багато тисяч кілометрів один від одного - кожна з них буде міняти свій стан відповідно до зміни стану іншої частинки. Такі частинки називають заплутаними, а саме явище - квантової заплутаністю.

Хоча саме поняття квантової заплутаностізапропонував на початку 20-го століття Альберт Ейнштейн, математичний метод докази того, що частинки можуть бути заплутані між собою, був запропонований через кілька десятиліть після нього ірландським фізиком Джоном Беллом. Цей метод отримав назву «нерівностей Белла». Якщо при визначенні квантової заплутаності ці нерівності не мають рішення, то це доводить наявність заплутаності.

Як була отримана перша фотографія квантової заплутаності?

Фізики з шотландського університету Глазго знайшлиспосіб візуалізації цих нерівностей, отримавши перше фотографічне доказ квантової заплутаності. Для цього вони створили дуже світлочутливу камеру, яка реагує на потоки заплутаних фотонів, що виробляються спеціальним джерелом світла.


Схема експериментальної системи виглядає так: кристал в лівому нижньому кутку створює пучок з пар заплутаних фотонів, який потім розділяється на два. Один проходить через спеціальні фільтри, а потім потрапляє на детектор. Другий промінь відразу потрапляє на детектор

Установка створює повністю однакові за своїмивластивостями пари фотонів. Потім вони поділяються. Один фотон проходить через фільтри, які змінюють його фізичні властивості (стан). Інший фотон потрапляє відразу на спеціальний детектор, минаючи фільтри. Світлочутлива камера була налаштована таким чином, щоб фіксувати, коли обидва фотона змінювали свої фізичні стану, навіть розділені між собою відстанню.


Пари заплутаних фотонів, в яких один з них міняв свій стан відповідно до умов, що змінюються станом іншого фотона

Спостереження показали, що фотони, якіпроходили через фільтри і ті, що через них не проходили однаково змінюють свої статки. В ході експерименту вчені отримали чотири фотографії змінених станів фотонів, а також один знімок, який показує пари фотонів, в яких один фотон проходив через фільтри, іншої немає. Це спостереження виявилося першим візуальним доказом явища квантової заплутаності.

Навіщо це потрібно?

Результати досліджень шотландських вчених можутьпідштовхнути розвиток технологій для спостережень за квантовими явищами. Можливість спостереження за цими процесами наблизить дослідників до їх повного розумію і можливості їх практичного використання.

Читайте також: Квантова телепортація: все, що ви хотіли дізнатися, але боялися запитати

Концепції квантової заплутаності вжевикористовуються, наприклад, при розробці квантових комп'ютерів, які обіцяють робити обчислення, що далеко виходять за рамки можливостей сучасних суперкомп'ютерів. Крім того, повне розуміння процесів квантової заплутаності дозволить застосовувати їх при розробці технологій квантового шифрування, які в свою чергу дозволять істотно підвищити рівень захисту даних, що передаються.

Якщо вам цікаві новини науки і технологій, підпишіться на наш канал в Яндекс.Дзен. Там ви знайдете матеріали, які не були опубліковані на сайті.