Физики успешно соединили два больших объекта в квантовой запутанности

Мы шагаем по Вселенной с уверенностью гиганта, не задумываясь о том, что реальность становится неопределенностью.

Но физики только что напомнили о том, что даже наш макроскопический мир подчиняется законам квантовой физики, успешно запутав мембрану миллиметрового размера с большим облаком атомов.

Исследователи из Института Нильса Бора при Копенгагенском университете провели эксперимент с использованием мембраны (или барабана) из нитрида кремния толщиной 13 нанометров и длиной в миллиметр, которая слегка гудела при ударе фотонов.

Эти фотоны, или частицы света, появились благодаря тонкому туману из миллиарда атомов цезия, вращающемуся внутри небольшой холодной клетки.

Несмотря на то, что это два очень разных объекта, миллиметровая мембрана и туман атомов представляют собой запутанную систему — и они раздвигают границы квантовой механики.

«Чем больше объекты, чем дальше они друг от друга, тем более разрозненными они становятся, тем интереснее становится запутанность как с фундаментальной, так и с прикладной точки зрения», — говорит старший научный сотрудник Евгений Ползик.

«С новым результатом стало возможным запутывание очень разных объектов».

Запутанность — одна из тех концепций, которые кажутся гораздо более мистическими, чем интуитивно понятными, и описывают связь между объектами, существующую независимо от времени и пространства.

Независимо от того, насколько далеко друг от друга или сколько времени прошло, изменение одной части запутанной системы вызывает немедленную корректировку остальных.

Не раз Эйнштейн называл эту концепцию «жутким действием на расстоянии», полагая, что это больше связано с недостатком наших знаний, чем с чем-то действительно странным.

Спустя столетие наше понимание квантовой физики не только оставляет много места для такой жуткости, но и формирует основу для удивительных новых областей инноваций, от сверхсильного шифрования до новых видов радаров.

«Квантовая механика подобна палке о двух концах», — говорит квантовый физик Михал Парняк из Института Нильса Бора.

«Это дает нам прекрасные новые технологии, но также ограничивает точность измерений, которая с классической точки зрения может показаться простой».

По отдельности свойства одной частицы представляют собой тревожный беспорядок возможностей, представленный подъемом и падением волны. Он движется сразу во всех направлениях. Вращается в двух направлениях одновременно. Это все и ничего.

Поскольку частица взаимодействует с другими объектами, ее неопределенность не исчезает сразу, а комбинируется сложными способами, которые мы можем моделировать математически.

Именно эти очень предсказуемые вычисления составляют основу квантовых компьютеров. Однако такая технология основана на вращении небольшого количества относительно идентичных частиц.

Возможность наблюдать запутанность в более крупном масштабе, включающем разнообразие материалов, сродни изучению языка, который можно применить к квантовым разговорам.

Это было бы невероятно полезно для «прослушивания» инструментов, требующих невероятно высокой точности. Знание того, как сочетаются их квантовые вероятности, является важным шагом на пути к пониманию того, как отсеивать смысл в том, что в противном случае кажется хаосом.

Возьмем, к примеру, огромную матрицу или лазеры, составляющие лазерную интерферометрическую обсерваторию гравитационных волн (LIGO). Несмотря на огромные размеры, сердце устройства выстраивает световые волны с такой точностью, что сам гул неуверенности в пустом вакууме рискует испортить его.

Запутанные макроскопические системы, такие как зеркала LIGO, теоретически могут позволить исследователям лучше учитывать степень квантовой неопределенности.

Мембрана длиной в миллиметр — это крошечный шаг по сравнению. Но для таких гигантов, как мы, это отличная возможность внимательно прислушаться к тому, как реальность трясется у нас под ногами.

Исследование опубликовано в журнале Nature.

Источники: Фото: (Niels Bohr Institute)