Ученым удалось создать квантовую запутанность…
В знаменитом мысленном эксперименте Шредингера закрытая в ящике кошка находилась в суперпозиции состояний: одновременно и жива, и мертва.
…Есть ящик и кот. В ящике имеется механизм, содержащий радиоактивное атомное ядро и ёмкость с ядовитым газом. Параметры эксперимента подобраны так, что вероятность распада ядра за 1 час составляет 50%. Если ядро распадается, открывается ёмкость с газом и кот погибает. Если распада ядра не происходит — кот остается жив-здоров.
Закрываем кота в ящик, ждём час и задаёмся вопросом: а жив ли кот?
Квантовая же механика как бы говорит нам, что атомное ядро (а следовательно и кот) находится во всех возможных состояниях одновременно (см. квантовая суперпозиция). До того как мы открыли ящик, система «кот—ядро» находится в состоянии «ядро распалось, кот мёртв» с вероятностью 50%, и в состоянии «ядро не распалось, кот жив» с вероятностью 50%. Получается, что кот, сидящий в ящике, и жив, и мёртв одновременно.
Согласно современной копенгагенской интерпретации, кот-таки жив/мёртв без всяких промежуточных состояний. А выбор состояния распада ядра происходит не в момент открытия ящика, а ещё когда ядро попадает в детектор. Если же ящик открыть, произойдёт редукция волновой функции системы «кот—ядро», и эта система перейдёт в одно из двух возможных чистых квантовомеханических состояний: «ядро распалось, кот мёртв» или «ядро не распалось, кот жив».
Истоки появления
Дело в том, что, как и Эйнштейн, Шредингер был противником квантовой механики, с её вероятностями, неопределенностями и квантовыми флуктуациями. Потому вся это кото-васия предполагалась для указания на несформированность КМ, на то, что мы, дескать, ещё чего-то не понимаем.
Кстати, Шредингер придумал свое уравнение только чтобы макнуть КМ мордой в грязь, но оказалось, что уравнение-то прекрасно сходится с экспериментом.
Сегодня Физикам удалось добиться похожего явления на других, хоть меньших, но все же макрообъектах - вибрирующих алмазах. Между ними было установлено наиболее таинственное из всех известных квантовых явлений - квантовая запутанность.
Под квантовой запутанностью в современной физике понимается взаимозависимость состояний частиц, не находящихся в непосредственном контакте. Например, если первая частица находится в состоянии A, то вторая оказывается в состоянии B, и наоборот. До тех пор, пока не были произведены никакие измерения, частицы могут находиться в неопределенном ("размазанном") состоянии суперпозиции: одновременно и A и B. Если же измерить состояние одной из них, то происходит "коллапс", и частица оказывается в одном из возможных состояний (например, A, который мы и получим как результат измерений), а ее напарник некоторым загадочным образом тоже переходит из состояния неопределенности в соответствующее состояние (соответственно, B).
Несмотря на парадоксальность данного явления, оно было давно уже проверено для объектов атомных размеров. Более того, в настоящее время квантовая запутанность применяется в криптографии для обеспечения полных гарантий от взлома (который неизбежно нарушит само сообщение).
Но, как это часто бывает, для макрообъектов - все намного сложнее. Команде ученых под руководством Яна Валмслей из Оксфордского университета удалось преодолеть все трудности и продемонстрировать, что странности квантового мира можно наблюдать и в масштабах, доступных для невооруженного глаза. Статья с их результатами вышла на днях в Science.
Валмслей удалось создать запутанность особых вибраций в кристаллах, известных как фононы. Фононы создавались лазерным импульсом в двух кристаллах шириной в 3 миллиметра и отстоящих друг от друга на 15 сантиметров. Один фонон представлял собой смещение порядка 1016 атомов, что соответствует области кристалла 0.05x0.25 мм2. Для квантового мира - это очень большие размеры.
Для создания запутанных фононов в алмазах было необходимо соблюсти несколько условий. Во-первых, фонон должен создаваться одним фотоном. Во-вторых, этот фотон должен был пройти разделитель лучей, который направлял его либо на один, либо на другой кристалл случайным образом. В третьих, фотон также должен был передать часть своей энергии другому фотону - фотону Строка, который являлся показателем возбуждения фонона.
"Когда мы обнаруживали фотон Строка, мы знали, что создали фонон, но в какой из кристаллов - это мы не могли бы выяснить в принципе", - говорит Валмслей. В итоге создавалось запутанное состояние между фононами.
Как показали измерения, запутанное состояние продолжалось лишь несколько пико (10-12) секунд. И, поскольку часто возникают непредвиденные отклонения, необходимо было совершить множество попыток, прежде чем удавалось добиться нужного состояния. И все же данная работа стала значительным шагом - она показала, что создавать спутанное состояние между макрообъектами в принципе возможно.
(по материалам Интернета)