Парадокс Харди показал еще более сильный конфликт между квантовой и классической физикой

В 1993 году физик Люсьен Харди предложил эксперимент, показывающий, что существует небольшая вероятность (около 6-9%) наблюдения частицы и ее античастицы, взаимодействующих друг с другом без аннигиляции, что невозможно в классической физике.

Способ объяснения этого результата состоит в том, чтобы потребовать, чтобы квантовая теория была нелокальной, т. е., позволяла  бы существование дальних квантовых корреляций, таких как переплетение, чтобы частицы могли влиять друг на друга на больших расстояниях.

До сих пор парадокс Харди был экспериментально продемонстрирован с двумя частицами, и было предложено несколько специальных случаев с более чем двумя частицами, но экспериментально этого не было не продемонстрировано. Теперь в новой статье, опубликованной в Physical Review Letters, физики представили обобщенный парадокс Харди, который распространяется на любое количество частиц.

Кроме того, они показывают, что любая версия парадокса Харди, которая включает в себя три или более частиц, конфликтует с локальной (классической) теорией еще сильнее, чем предыдущая версия парадокса. Чтобы проиллюстрировать это, физики предложили эксперимент с тремя частицами, в которых вероятность наблюдения парадоксального события достигает 25%.

«В этой статье мы показываем семейство обобщенного парадокса Харди в большей степени, в том, что, регулируя определенные параметры, они не только включают ранее известные расширения как особые случаи, но и дают более резкие конфликты между квантовой и классической теорией в целом», соавтор Джин-Линг Чен из Университета Нанкай и Национального университета Сингапура. «Более того, основываясь на парадоксах, мы можем записать новые неравенства Белла, которые позволяют нам обнаруживать квантовые запутанные состояния».

Как объясняют физики, парадокс Харди включает в себя неравенства, соответствующие неравенствам в теореме Белла — теореме, показывающую, что квантовая механика должна нарушать либо локальность, либо реализм. Как показало предыдущее исследование, парадокс Харди можно интерпретировать с точки зрения неравенства, рассматривая вероятности возникновения определенных событий. Предположим, что события,  A <B, B <C и C <D, никогда не произойдут и равны нулю. В классическом мире событие A <D соответственно также никогда не произойдет. Но в парадоксах Харди событие  A <D встречается с некоторой ненулевой вероятностью, в отличие от классических предсказаний.

«Проще говоря, парадокс Харди гласит, что классически невозможная последовательность событий от начала до конца — просто представьте себе, что это змея, пожирающая свой хвост, возможна в квантовой области», — сказал Чэнь. «Это действительно удивительно».

В будущем физики планируют продолжить изучение связей между обобщенным парадоксом Харди и неравенствами Белла. Что касается экспериментов, группа в Университете науки и техники Китая начала выполнять эксперимент на основе фотонов, чтобы проверить обобщенный парадокс Харди.