Говоря простым языком, идея квантовой запутанности заключается в том, что два объекта, находящиеся в этом состоянии остаются созависимыми, даже если они разнесены в пространстве за пределы любых известных взаимодействий, то есть, практически на любое немыслимое расстояние. Это жуткая концепция, которую сам Эйнштейн с трудом принимал, и все же в течение последних десятилетий она находила экспериментальные подтверждения. Исследователи из Массачусетского технологического института в настоящее время провели эксперимент, который предоставляет самые убедительные доказательства либо квантовой запутанности, либо “заговора”, который насчитывает более 12 миллиардов лет.
Допустим, вам потребовалось изучить пару частиц, которые были квантово запутаны, – измерение физических свойств одной частицы мгновенно влияет на то же самое свойство другой частицы, независимо от того, какое расстояние их разделяет. Классическая физика говорит, что ничто не может двигаться быстрее скорости света, но квантовая запутанность нарушает это правило, по-видимому, позволяя этим частицам взаимодействовать более чем в 10000 раз быстрее.
Когда явление было впервые замечено Эйнштейном, который назвал его “жутким действием на расстоянии”, это считалось доказательством того, что наше понимание квантовой теории было неполным. Эйнштейн тогда предположил, что в этом процессе существуют дополнительные “скрытые переменные”, о которых пока ничего не известно и их еще предстоит открыть.
В 1960-х годах физик Джон Белл попытался количественно оценить влияние этих скрытых переменных. “Если вы тестируете пары частиц, есть определенный предел, когда корреляции становятся слишком регулярными, чтобы быть простым совпадением.” Любые корреляции выше этого предела, скорее всего, свидетельствуют о квантовой запутанности. К сожалению, эксперименты для проверки неравенства Белла, имеют “лазейки”, через которые эти скрытые переменные могут снова испортить результаты.
Эти лазейки могут быть такими же пугающими, как и сама квантовая запутанность. Одной из самых трудных для решения является “свобода выбора” или “свободная воля” – лазейка, предполагающая, что если какая-то неизвестная сила вмешивается в решение исследователя о том, что измерять, то результат становится похожим на корреляцию. Так каким тогда образом проводить измерения?
Один из способов закрыть эту лазейку – это удалить человеческое решение из эксперимента. В более ранних тестах ученые использовали генераторы случайных чисел, чтобы сделать выбор за доли секунды о том, какое свойство будет измеряться между парами фотонов, но даже это, как полагали, оставит ту самую брешь. В конце концов, локальная реальность не слишком сильно влияет на событие за наносекунды до его возникновения.
Исследователи Массачусетского технологического института решили провести окончательную проверку: что, если это “решение” уже было принято за миллиарды лет до того, как эксперимент был задуман?
Предположим, вы изучаете два резиновых шара, чтобы определить, одинаковы ли они. Вы можете проверить одного ли они цвета или размера, а для принятия решения о том, по какому параметру выполнить сравнение – вы подбрасываете монетку. Это то, что делали исследователи Массачусетского технологического института в последнем эксперименте, но поскольку “монетка” была подброшена 8 миллиардов лет назад, скрытым переменным будет трудно вмешаться в процесс выбора.
Исследователи излучили пары запутанных фотонов в противоположных направлениях к детекторам. Перед тем, как фотоны попали в детекторы, “монетка” изменяла угол этих детекторов для измерения нужного свойства фотонов. В данном случае “монеткой” был свет от двух далеких квазаров. Исследователи использовали два больших телескопа на Канарских островах для наблюдения за этими невероятно яркими небесными объектами и для принятия решения об измерении конкретного свойства. Если свет одиночного фотона от квазара был красным, то это бы наклоняло бы детектор на один угол, а если он был синим, то угол наклона был бы другой.
Оригинальность идеи заключается в том, что один из этих квазаров находится на расстоянии 7,8 млрд. световых лет, а другой – 12,2 млрд., то есть, свет от них шел сюда очень долго. Поэтому получается, что решение о том, какое свойство измерить в эксперименте запутанности фотонов было определено 12,2 миллиардов лет назад.
“Земле около 4,5 миллиардов лет, поэтому любой альтернативный механизм, отличный от квантовой механики, мог бы внести ту самую лазейку в наши результаты. Поэтому нужен был такой фактор, который должен был бы существовать задолго до того, как появилась планета Земля, не говоря уже о MIT”, – рассказывает Дэвид Кайзер, автор исследования. “Таким образом, мы отодвинули любые альтернативные объяснения на очень раннюю стадию космической истории.”
Исследователи проводили один и тот же эксперимент дважды в течение 15 минут каждый раз, используя две разные пары квазаров. В целом они измерили более 30 000 пар запутанных частиц, что показало корреляции далеко за пределами неравенства Белла. Затем команда подсчитала, что вероятность того, что классические скрытые переменные испортят результаты, составляет около одного из ста миллиардов миллиардов.
“Если предположить, что за этим стоит какой-то “заговор”, то для имитации парадоксов квантовой механики, этот механизм по крайней мере 7,8 миллиарда лет назад должен был бы каким-то образом точно знать, когда, где и как будет проведен этот эксперимент”, – говорит Алан Гут – соавтор исследования. “Это кажется крайне неправдоподобным, поэтому у нас есть очень веские доказательства того, что квантовая механика имеет правильное объяснение.”
Исследователи признают, что все-таки остается еще очень маленькая вероятность, что результаты могли просочиться через ту самую лазейку. В будущем команда планирует провести аналогичный тест, но используя один из старейших источников во Вселенной – микроволновое излучение, оставшееся от большого взрыва.
Читать: https://skytechnews.ru/o-kvantovoi-zaputannosti/
Присоединяйтесь к ОК, чтобы подписаться на группу и комментировать публикации.
Комментарии 1