Знаменитый кот Шредингера, согласно квантовой теории, остается в суперпозиции, т.е. одновременно жив и мертв, пока наблюдатель не откроет ящик и не посмотрит на него. И вот физикам из Австрийской академии наук удалось найти возможность «безопасно» посмотреть на кота. Габриэла Лимос (Gabriela Lemos) и ее коллеги использовали для этого эффект квантовой спутанности. Изящный эксперимент описан в журнале Nature.
Эффект квантовой спутанности (quantum entanglement) означает, что квантовые состояния двух частиц всегда взаимозависимы. Например, если спутаны два фотона, А и В, то фотон А принимает состояние, отражающее состояние B. Однако невозможно точно определить состояние В по состоянию фотона А — фотон В может находиться в нескольких разных состояних до того, как на него посмотрят. Но можно проверить наличие состояния спутанности, измерив оба фотона. В новом эксперименте исследователи сумели обойтись без наблюдения партнеров.
Луч лазера проходил через серию светоделителей. Первый луч был зеленым, на первом светоделителе он разделился на два зеленых луча, один из которых был направлен в кристалл, превративший его в комбинацию желтых и красных фотонов. Этот красный луч прошел через трафарет с фигурой кота, а желтый направился сразу к последнему разделителю. Этот последний разделитель отправил половину желтых фотонов на один детектор, а другую половину — на второй.
Тем временем вторая половина изначального зеленого лазерного луча встретилась с красным лучом, прошедшим через трафарет. Объединенный красно-зеленый луч попал во второй кристалл, который превратил его в красно-желтый. Следующий разделитель отвел в сторону красные фотоны, а оставшиеся желтые присоединились желтому лучу из предыдущего абзаца и попали на финальный разделитель, который распределил фотоны между двумя детекторами.
В детекторах ученые увидели образ кота. Это примечательно потому, что фотоны, образовавшие его, никогда не попадали в трафарет: красный луч, который прошел сквозь трафарет, не добрался до детектора, а желтый луч, дошедший до детектора, никогда не попадал в трафарет.
Изображение кота было создано желтыми фотонами, так как они были спутаны с красными. Невозможно определить, какой желтый фотон попал в первый кристалл, а какой — во второй. Следовательно, «кот» остался одновременно и жив, и мертв.
А вот красные фотоны, действительно, прошли через трафарет и были спутаны с некоторыми из желтых фотонов. Так как мы знаем путь, по которому они прошли — через трафарет — мы точно знаем их квантовое состояние. Спутанные желтые фотоны, соответственно, принимали определенное комплементарное состояние.
Таким образом, удалось измерить состояние спутанности пары фотонов, используя только один из фотонов пары. «Самое интересное в этом эксперименте, это как информация хранится в двух фотонах, — объяснила Лимос. — Она может быть получена с помощью одного из них». До сих пор необходимо было измерять обе частицы в спутанной паре.
Источник изображения: Nature.com
Автор: Gabriela Barreto Lemos
