Вчені-фізики відкрили новий тип квантової заплутаності

Фізики з Національної лабораторії у Брукхейвені (Brookhaven National Laboratory, BNL) відкрили зовсім новий тип квантової заплутаності, досить відомого явища, що зв’язує квантові частки. І цей новий вид заплутаності вже був використаний практично під час експериментів на колайдері для вивчення процесів та явищ, що відбуваються всередині ядер атомів.

Нагадаємо нашим читачам, що за певних умов дві частинки можуть набути невидимого зв’язку, що з’єднує їх на будь-якій відстані, яка теоретично може бути нескінченно більшою. Зміна квантового стану однієї з частинок призведе до моментальної зміни стану другої заплутаної частки. З погляду класичної фізики квантова заплутаність є неможливою, і навіть Альберт Ейнштейн назвав її «примарною дією на відстані». Але, незважаючи на все, квантова заплутаність вже використовується кілька десятиліть у різних експериментах, вона лежить в основі роботи квантових обчислювальних технологій та комунікацій.

Зазвичай в експериментах із квантовою заплутаністю використовуються пари фотонів, електронів або деяких інших частинок одного виду. Те, що робить відкриття вчених з BNL, що виділяється, це те, що вони виявили заплутані безпосередньо дві частинки різного типу.

Відкриття було зроблено за допомогою колайдера RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider), всередині якого проводяться дослідження форм матерії, що існувала у Всесвіті в перші періоди часу. Для цього в надрах коллайдера RHIC розганяються та стикаються один з одним іони золота. Але вчені виявили, що навіть коли іони не потрапляють один в одного і проходять повз, відбувається щось дуже цікаве, з якого можна почерпнути деяку кількість наукових даних.

Прискорені іони золота в колайдері оточені невеликими хмарами фотонів, і коли два фотони проходять повз один одного, то у фотонах першого іона починають відображатися елементи внутрішньої структури другого іона. При цьому, відображення відбувається з настільки високим рівнем деталізації, що єдиним поясненням може бути тільки дія абсолютно нової форми квантової заплутаності.

Фотони взаємодіють з елементарними частинками ядра кожного іона, що призводить до появи каскаду вторинних частинок, кінцевими з яких є дві частинки, які називають півонії, один з негативним, а другий — з позитивним зарядом. Так, як деякі з частинок у квантовому світі можуть бути описані як хвилі, то хвилі двох або більшої кількості позитивних півонії складаються, те саме відбувається і з хвилями негативних півонії. В результаті є всього одна, але сильна, хвильова функція позитивного півонії, і одна — негативного півонії, які й потрапляють в область чутливості датчиків.

Аналіз отриманих даних показує, що в кожній з пар позитивний і негативний півонії заплутані один з одним. Якби цього не було, то хвильові функції, реєстровані датчиками, були б випадкові й були шумом. І тому цей випадок є першим випадком спостережень прямої квантової заплутаності двох різних частинок.

«Досліджені нами півонії багато в чому схожі один з одним, але вони є носіями протилежного електричного заряду, тому вони є різними частинками», — пишуть дослідники. у тому природі различия».

Дане відкриття, по-перше, значно розширює наше розуміння квантової механіки та загадкових квантових явищ. А по-друге, новий вид квантової заплутаності може лягти в основу низки нових технологій, подібних до методу, за допомогою якого вчені з BNL досліджували внутрішню будову ядра атома золота.