Главная Новости Физики теперь наблюдают квантовую запутанность в макроскопическом масштабе

Квантовая запутанность вселенского масштаба

Квантовая запутанность объединяет две частицы или объекты, даже если они находятся на большом расстоянии друг от друга. А значит их свойства связаны таким образом, что они не поддаются правилам классической физики, пишет Альтернативная наука.

Странное явление, которое Эйнштейн назвал "жутким действием на расстоянии", делает его предельно интересным для ученых.

В недавнем исследовании 2021 года квантовая запутанность была непосредственно замечена и зарегистрирована в макроскопическом масштабе - масштабе гораздо большем, чем субатомные частицы, которые обычно ассоциируются с наиболее таинственными явлениями квантовой физики.

Ученые предположили, что масщтабы все еще очень малы, хотя в эксперименте участвовали два крошечных алюминиевых барабана шириной в одну пятую человеческого волоса. Невероятный объем для стандартов квантовой физики.

"Если проанализировать данные о положении и импульсе для двух барабанов независимо друг от друга, то каждый из них выглядит просто горячим", - утверждает физик Джон Тейфел из Национального института стандартов и технологий (NIST), США.

"Но если посмотреть на них в комплексе, то мы увидим, что то, что выглядит как случайное движение одного барабана, сильно коррелирует с другим, а это возможно только благодаря квантовой запутанности".

Хотя ничто не говорит о том, что квантовая запутанность не может происходить на макроскопическом уровне, до сих пор считалось, что соответствующие эффекты не заметны в больших масштабах. Либо макроскопический масштаб управляется другим набором правил.

Как взаимосвязаны объекты, расположенные далеко друг от друга?

Последние исследования показывают, что это не так. На самом деле, те же квантовые правила действуют на любом уровне — от кварков до макрокосмоса.

Технологически опыт сводился к следующему: исследователи вибрировали мембраны крошечного барабана с помощью микроволновых фотонов и удерживали их в синхронизированном состоянии с точки зрения их положения и скоростей.

Чтобы предотвратить внешние помехи, обычную проблему с квантовыми состояниями, барабаны охлаждают, спутывают и измеряют на отдельных этапах. При этом они находятся в криогенно охлажденном корпусе. Затем состояния барабанов кодируются в отраженном микроволновом поле, которое работает подобно радару.

 

Предыдущие исследования также сообщали о макроскопической квантовой запутанности, но именно исследование 2021 года пошло дальше: все необходимые измерения были зарегистрированы, а не выведены, и запутанность была создана детерминированным, а не случайным образом.

В смежной, но отдельной серии экспериментов, другие исследователи, также работающие с макроскопическими барабанами (или осцилляторами) в состоянии квантовой запутанности, показали, как можно измерить положение и импульс двух барабанных головок одновременно.

"В нашей работе барабанные головки демонстрируют коллективное квантовое движение", - говорит физик Лор Мерсье де Лепине из университета Аалто, Финляндия.

"Барабаны вибрируют в противоположной фазе друг от друга, так что когда один из них находится в конечном положении цикла вибрации, другой в это же время расположен в противоположном положении".

"В этой ситуации квантовая неопределенность движения барабанов отменяется, если рассматривать два барабана как одну квантово-механическую сущность".

 

Новость, вынесенная в заголовок, заключается в том, что проведенные эксперименты позволяют обойти принцип неопределенности Гейзенберга - идею о том, что положение и импульс не могут быть идеально измерены одновременно.

Принцип гласит, что запись любого из измерений будет мешать другому измерению через процесс, называемый квантовым обратным действием.

Помимо поддержки другого исследования в демонстрации макроскопической квантовой запутанности, во втором случае запутанность используется для того, чтобы избежать обратного квантового действия - по сути, измеряется граница между классической и квантовой физиками.

Одним из потенциальных будущих применений опытов являются квантовые сети - возможность манипулировать и запутывать объекты в макроскопическом масштабе, чтобы они питали коммуникационные сети следующего поколения.

"Помимо практического применения, эти эксперименты показывают, насколько далеко можно продвинуть наблюдение за явно квантовыми явленими", - пишут физики Хой-Кван Лау и Аашиш Клерк, не принимавшие участия в исследованиях.