Квантовая запутанность теперь непосредственно наблюдается в макроскопическом масштабе
Квантовая запутанность — это связывание двух частиц или объектов, даже если они находятся далеко друг от друга — их соответствующие свойства связаны таким образом, что это невозможно по правилам классической физики.
Это странное явление, которое Эйнштейн описал как «жуткое действие на расстоянии», но его странность делает его таким захватывающим для ученых. В исследовании 2021 года квантовая запутанность непосредственно наблюдалась и регистрировалась в макроскопическом масштабе — масштабе, намного большем, чем субатомные частицы, обычно связанные с запутанностью.
С нашей точки зрения, вовлеченные измерения все еще очень малы — эксперименты два крошечных алюминиевых барабана толщиной в одну пятую человеческого волоса, но с точки зрения квантовой физики они просто огромны.
Макроскопические механические барабаны. (J. Teufel/NIST)«Если вы проанализируете данные о положении и импульсе для двух барабанов независимо друг от друга, каждый из них выглядит просто горячим», – сказал физик Джон Тойфель из Национального института Стандарты и технологии (NIST) в США, прошлый год.
«Но, глядя на них вместе, мы видим, что то, что выглядит как случайное движение одного барабана, сильно коррелирует с другим, таким образом, что возможно только через квантовую запутанность.»
Хотя нельзя сказать, что квантовая запутанность не может произойти с макроскопическими объектами, до этого считалось, что эффекты не заметны в больших масштабах — или, возможно, что макроскопический масштаб регулировался другим набором правил.
Недавние исследования показывают, что это не так. На самом деле здесь действуют те же самые квантовые правила, и их тоже можно увидеть. Исследователи вибрировали крошечные барабанные мембраны с помощью микроволновых фотонов и поддерживали их в синхронизированном состоянии с точки зрения их положения и скорости.
Чтобы предотвратить внешнее вмешательство, распространенную проблему с квантовыми состояниями, барабаны были охлаждены, запутаны. , и измеряется на отдельных стадиях в помещении с криогенным охлаждением. Затем состояния барабанов кодируются в отраженном микроволновом поле, которое работает аналогично радару.
Предыдущие исследования также сообщали о макроскопической квантовой запутанности, но исследование 2021 года пошло дальше: все необходимое измерения были записаны, а не выведены, а запутанность была создана детерминированным, неслучайным образом.
В связанной, но отдельной серии экспериментов исследователи также работали с макроскопическими барабанами (или осцилляторами) в состоянии квантовой запутанности показали, как можно одновременно измерить положение и импульс двух пластиков.
«В нашей работе пластики демонстрируют коллективное квантовое движение», — говорит физик Лор Мерсье де Лепине. , из Университета Аалто в Финляндии. «Барабаны вибрируют в противоположной фазе друг к другу, так что, когда один из них находится в конечном положении цикла вибрации, другой в то же время находится в противоположном положении».
«В В этой ситуации квантовая неопределенность движения барабанов отменяется, если два барабана рассматриваются как одна квантово-механическая сущность».
Что делает этот заголовок новостью, так это то, что он обходит принцип неопределенности Гейзенберга – идею что положение и импульс не могут быть идеально измерены одновременно. Принцип гласит, что запись одного измерения будет мешать другому из-за процесса, называемого квантовым обратным действием.
Помимо другого исследования, демонстрирующего макроскопическую квантовую запутанность, эта конкретная часть исследования использует эту запутанность для избегайте квантового обратного действия — по сути, исследуя грань между классической физикой (где применяется принцип неопределенности) и квантовой физикой (где он сейчас не проявляется).
Одно из потенциальных будущих приложений обоих наборов Находки связаны с квантовыми сетями — возможностью манипулировать и запутывать объекты в макроскопическом масштабе, чтобы они могли питать сети связи следующего поколения.
«Помимо практических приложений, эти эксперименты касаются того, насколько далеко в макроскопическом царстве эксперименты могут подтолкнуть к наблюдению явно квантовых явлений», — пишут физики Хой-Кван Лау и Аашиш Клерк, которые не участвовали в исследованиях, в комментарии к опубликованному исследованию. д.
И первое, и второе исследование были опубликованы в журнале Science.
Версия этой статьи была впервые опубликована в май 2021 г.
