Квантовая запутанность связала движение наносферы со светом при комнатной температуре

Ученые из Флорентийского университета под руководством Франческо Марина обнаружили, что движение крошечной стеклянной сферы, левитирующей в световом поле, можно запутать со светом при комнатной температуре. Это означает, что квантовая связь между механическим объектом и излучением возникает и сохраняется в обычных условиях, а не только при экстремальном охлаждении. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Квантовая запутанность долгое время оставалась чем-то вроде хрупкого чуда, которое требует почти абсолютного холода и идеальной изоляции. Любое тепло, любое случайное колебание и тонкая связь между частицами рассыпается. Поэтому физики с осторожностью относились к идее запутать что-то по-настоящему массивное: чем больше объект, тем труднее уберечь его от разрушительного влияния окружающего мира. Однако новая работа показывает, что это ограничение не является абсолютным.

В центре эксперимента — стеклянная сфера диаметром всего сто нанометров. Ее удерживали в сфокусированном лазерном луче, который называют оптическим пинцетом. Ловушка находилась между двумя зеркалами, обращенными друг к другу, внутри камеры, близкой к вакууму. Сама сфера не касалась никаких поверхностей, а значит, была почти полностью изолирована от внешних воздействий. Это и позволило ей сохранять квантовые свойства дольше, чем это удавалось бы обычной механической частице.

Проблема заключалась в том, что свет, необходимый для создания квантовой запутанности, одновременно раскачивал сферу и мог выбить ее из ловушки. Чтобы обойти это, исследователи использовали два лазера с немного разными цветами. Первый охлаждал и стабилизировал колебания сферы, а второй создавал запутанную связь между ее движением и светом. Когда сфера колебалась, информация об этом движении отпечатывалась на свете, который отражался от зеркал. Измеряя этот свет в течение многих часов, ученые смогли восстановить полную картину взаимосвязи между механическим движением и излучением.

Даже при комнатной температуре лаборатории измеренные корреляции пересекли математический порог, который подтверждает наличие запутанности. Более того, запутанность сохранялась, когда свет распространялся от зеркал, то есть неклассическая связь выходила за пределы области взаимодействия. Это принципиально важно: значит, квантовые корреляции можно передавать дальше, а не только фиксировать в момент их возникновения.

Теперь команда Франческо Марина надеется не просто наблюдать запутанность, но и активно управлять ею, усиливая с помощью более совершенных экспериментальных методов. В перспективе это позволит запутать несколько левитирующих сфер через общее световое поле. Такая возможность открыла бы новые способы проверки квантовой механики в больших масштабах и, возможно, даже помогла бы понять, как квантовые эффекты сочетаются с гравитацией. Кроме того, это приближает создание квантовых сетей, где информация передается между движущимися объектами-хранителями и светом-переносчиком на большие расстояния.

В результат исследования впервые удалось получить и подтвердить запутанность между движением макроскопической левитирующей наносферы и распространяющимся светом при комнатной температуре. Это делает левитирующие оптомеханические системы реальной платформой для квантовой связи и проверок фундаментальных законов физики без необходимости сверхнизких температур.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях