Физики представили первую в истории фотографию квантовой запутанности

Впервые в мире ученые получили фактическую фотографию квантовой запутанности — феномен, столь странный, что Эйнштейн, как известно, назвал его «жутким действием на расстоянии». Изображение было снято физиками из Университета Глазго в Шотландии.

Оно может показаться весьма обычным, но просто остановитесь и подумайте об этом на секунду: это нечеткое серое изображение — это первый раз, когда мы видим взаимодействие частиц, которое лежит в основе квантовой механики и формирует основу квантовых вычислений.

Квантовая запутанность возникает, когда две частицы становятся неразрывно связанными, и то, что происходит с одной, немедленно влияет на другую, независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга. Отсюда и название «жуткое действие на расстоянии».

Эта конкретная фотография показывает запутанность между двумя фотонами — двумя частицами света. Они взаимодействуют и на короткое время делятся своим физическими состояниями. Поль-Антуан Моро, автор статьи, в которой было представлено изображение, сказал, что изображение было «элегантной демонстрацией фундаментального свойства природы».

Чтобы получить невероятную фотографию, физики создали систему, которая испускала потоки запутанных фотонов на то, что они описали как «нетрадиционные объекты». Эксперимент фактически включал захват четырех изображений фотонов при четырех различных фазовых переходах. Вы можете увидеть полное изображение ниже:

То, что вы видите здесь, представляет собой совокупность нескольких изображений фотонов, проходящих через серию четырех фазовых переходов. По сути, физики расщепляют запутанные фотоны и пропускают один луч через жидкокристаллический материал, известный как борат β-бария, вызывая четыре фазовых перехода.

В то же время они сделали снимки запутанной пары, проходящей через одни и те же фазовые переходы, даже если она не прошла через жидкий кристалл.

Вы можете видеть установку ниже, запутанный пучок фотонов идет снизу слева, половина запутанной пары расщепляется влево и проходит через четыре фазовых фильтра. Другие, которые идут прямо, не прошли через фильтры, но претерпели те же изменения фазы.

Камера была в состоянии захватить их изображения одновременно, показывая, что они оба сместились одинаково, несмотря на то, что были разделены. Другими словами, они были запутаны.

В то время как Эйнштейн определил знаменитую квантовую запутанность,  физик Джон Стюарт Белл помог определить квантовую запутанность и создал тест, известный как «неравенство Белла». По сути, если вы можете нарушить неравенство Белла, вы можете подтвердить истинную квантовую запутанность.

«Здесь мы сообщаем об эксперименте, демонстрирующем нарушение неравенства Белла на наблюдаемых изображениях», — пишут ученые в журнале Science Advances.

«Этот результат открывает путь к новым схемам квантовой визуализации и предлагает многообещающие схемы квантовой информации, основанные на пространственных переменных».

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.