15 триллионов запутанных атомов в секунду

Квантовая запутанность — явление, столь же причудливое, как и хрупкое. Считается, что запутанные частицы теряют эту необъяснимую связь при воздействии внешних факторов. Но теперь физикам удалось создать горячие облака из триллионов запутанных атомов, побить рекорд количества и показать, что запутывание не так хрупко, как считалось ранее.

Пары или группы частиц могут стать настолько взаимосвязанными, что измерение состояния одного из них немедленно изменит свойства других, независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга.

Это уже звучит достаточно странно, но последствия угрожают разрушить все наше понимание физики. Каким-то образом, кажется, что информация передается между ними гораздо быстрее, чем скорость света, что должно быть невозможно.

Сам Эйнштейн сначала не поверил, назвав явление «пугающим действием на расстоянии» и вместо этого обвиняя скрытые переменные.

Но десятилетия экспериментов показали, что квантовое запутывание действительно является реальной вещью, и мы уже начинаем использовать это явление для новых технологий, таких как более быстрые и более безопасные сети связи.

Но одна проблема заключается в том, что такая связь между частицами очень непостоянна, поэтому крошечные помехи от других частиц или событий могут распутать их и разорвать связь.

Чтобы этого не произошло, большинство экспериментов и технологий, использующих квантовую запутанность, могут работать только при ультрахолодных температурах — близких к абсолютному нулю (-273,15°C). В этот момент почти все движение прекращается, поэтому нет никаких нарушений, чтобы разорвать связь.

Конечно, такое экстремальное охлаждение непрактично для коммерческих или потребительских технологий, поэтому ученые пытаются найти способы сделать возможным квантовое запутывание при более высоких температурах. Прошлые исследования были успешными при комнатной температуре, и теперь это было сделано в еще более жарких условиях.

Новое исследование было проведено исследователями из ICFO, Университета Ханчжоу Дяньцзи и Технического университета Валенсии.

Исследователи смешали металлический рубидий с газообразным азотом и нагревали его до 176,9°C. При этой температуре металл испаряется, заставляя свободные атомы рубидия плавать вокруг камеры. Там они запутываются друг с другом, и ученые могут измерить эту запутанность, направляя лазер сквозь газ.

Исследователи наблюдали до 15 триллионов запутанных атомов в газе, что, по их словам, примерно в 100 раз больше, чем в любом другом эксперименте.

Интересно, что запутанность, казалось, связывает атомы, которые не обязательно близки друг к другу — между любой данной парой находятся тысячи других атомов, каждый со своими партнерами.

Но самая интригующая часть исследования заключается в том, что запутанное состояние может быть не таким хрупким, как думали ученые. В этом горячем энергичном газе атомы постоянно отскакивают друг от друга, но квантовые связи остаются. Кажется, что столкновения не разрушают запутывание, а передают его другим атомам.

«Если мы остановим измерение, запутанность останется на одну миллисекунду, что означает, что 1000 раз в секунду запутывается новая партия из 15 триллионов атомов», — говорят ученые.

«И вы должны думать, что 1 мс — это очень длительное время для атомов, достаточное для того, чтобы произошло около 50 случайных столкновений. Это ясно показывает, что запутанность не разрушается этими случайными событиями. Это, пожалуй, самый удивительный результат работы».

«Этот результат является неожиданным, реальным отклонением от того, что все ожидают от запутанности», — говорит Морган Митчелл, автор исследования.

«Мы надеемся, что такого рода гигантское запутанное состояние приведет к повышению производительности сенсоров в приложениях, начиная от визуализации мозга до автомобилей с автоматическим управлением и заканчивая поисками темной материи».

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.