Новости науки

6 992 подписчика

Свежие комментарии

  • Владимир Сабакарь
    Я с 1983 по 1990 год работал в радиоэлектронной промышленности. Ценились из носимых Весна и Электроника. Из мелких пл...Как СССР обогнала...
  • Владимир Сабакарь
    А хорошие кассеты оно (жевало) ело.... )))Как СССР обогнала...
  • HotRS
    Вам, как главе мишар, виднее.Юрий Лоза предъяв...

Что было раньше, квантовая курица или квантовое яйцо?

Что было раньше, квантовая курица или квантовое яйцо?

Квантовые физики ответили на вопрос «что было раньше, курица или яйцо?» в свойственной им манере. Согласно результатам австралийских экспериментаторов, курица была раньше, чем яйцо, и яйцо было раньше, чем курица.

Мы привыкли к тому, что события происходят в определённом порядке. Будильник звенит или до того, как мы проснулись, или после, но не одновременно «до» и «после».

Новый эксперимент австралийских физиков продемонстрировал систему, в которой невозможно определить, в каком порядке произошли события, размывая причинно-следственную связь. Так называемый квантовый переключатель, устройство, с помощью которого был получен этот парадоксальный результат, может оказаться весьма интересным для развития технологий квантовой информации.

Квантовая механика часто опровергает наши интуитивные представления о том, как устроен мир. Например, с точки зрения здравого смысла объект в данный момент времени может находиться только в одном месте. Но благодаря странности квантового мира, частица может одновременно находится в нескольких местах. Квантовый переключатель реализует похожую схему, но во времени, а не пространстве: событие А произошло до Б, а Б произошло до А.

Джулио Чирибелла из Оксфордского Университета в Великобритании и его коллеги предложили идею такого переключателя в 2009 году.

Сейчас эта идея реализована экспериментально.

Эндрю Уайт, физик из Квинсландского Университета в Брисбане (Австралия), и его коллеги «посылали» фотоны через интерферометр – оптическое устройство, в котором луч света разделяется и идёт по двум разным путям, а в результате взаимодействия разделенных пучков можно наблюдать интерференционную картину.

Это давно известная манифестация волновой природы света, в результате которой совпадающие в пространстве максимумы интенсивности взаимно усиливают друг друга, а минимумы – соответственно ослабляют. Мы можем помещать разные оптические элементы, замедляющие или изменяющие характеристики света, на одном из путей. Это изменит интерференционную картину, благодаря чему мы узнаем о том, как именно свет взаимодействует с тем, что встречается на его пути.

Свет «состоит» из фотонов – элементарных частиц, которые переносят электромагнитное поле. Одна из характеристик этих частиц – это их поляризация, то есть плоскость, в которой колеблется конкретный фотон (точнее, составляющие электромагнитного поля). С помощью специальных устройств можно «заставить» фотоны колебаться только в горизонтальной или вертикальной плоскости, и в таких случаях мы говорим о горизонтально или вертикально поляризованном свете. В эксперименте Эндрю Уайта интерферометр был настроен таким образом, что вертикально поляризованные фотоны отправлялись по левой «дорожке» и потом возвращались в систему через правую, а горизонтально поляризованные – наоборот.

Законы квантовой механики позволяют фотону быть поляризованным горизонтально и вертикально одновременно, делая поляризацию диагональной. Когда такой фотон попадает в интерферометр, его волновая функция разбивается на вертикальную и горизонтальную составляющие, и получается, что фотон «расходится» по обоим направлениям одновременно и потом «воссоединяется» сам с собой. На обратном пути каждая компонента завершает траекторию, в результате проходя по всему интерферометру один раз, и при этом невозможно сказать, в каком порядке фотон с «раздвоением личности» проходит по квантовому переключателю.

Проверить, что именно происходит с фотоном во время эксперимента, очень сложно из-за особенностей квантовых законов. Непосредственное измерение должно схлопнуть такое «раздвоение личности», поэтому физикам пришлось изворачиваться, чтобы отследить последовательность, в которой фотон прошёл по интерферометру.

Для этого физики воспользовались тем фактом, что помимо поляризации каждый пучок света имеет форму (так называемое пространственное распределение интенсивности). Эту форму можно изменить с помощью различных оптических элементов, например, линз. Такое изменение является взаимодействием с фотоном. При определённой конфигурации эксперимента фотон должен менять направление своей диагональной поляризации на противоположное, поскольку изменённые компоненты обязаны воссоединиться.

Сравнение результатов наблюдений с неравенствами из области квантовой информации, которые описывают различные сценарии взаимодействия в системе, позволяют установить, что именно произошло внутри квантового переключателя. В итоге физики нашли конфигурацию, в которой фотон проходит по обоим путям эксперимента одновременно. Можно сказать, что в таком случае событие А вызвало событие Б, и в то же время событие Б вызвало событие А.

Такие контринтуитивные эксперименты требуют очень тщательной подготовки и осторожной интерпретации результатов. Но в случае успеха они открывают нам новые способы взаимодействия с квантовой информацией, откуда рукой подать до новых способов надёжной передачи данных. И, возможно, через пару поколений мы привыкнем к странностям квантовой механики на более интуитивном уровне, и подобные результаты не будут смущать наши умы, а станут сами собой разумеющимися.

Ссылка на первоисточник

Картина дня

наверх