22 факта о квантовой механике, запутанных фотонах и удачном эксперименте японских ученых
Объясняем квантовую запутанность с помощью забавных корги.
Квантовая запутанность – это явление в квантовой физике, состояние двух фотонов (связанных частиц света), которое позволяет предсказать поведение первого фотона на основании известного состояния второго. Простыми словами, если измерить характеристику первого фотона, которая описывает условное вращение частицы вокруг своей оси (иначе – спин), то спин второго – будет иметь противоположное значение.
И если раньше провести эксперимент можно было на расстоянии не более 100 км, то в 2017 году группе китайских ученых удалось доказать, что эта закономерность сохраняется на гораздо больших расстояниях. Они смогли разнести запутанные частицы на 1200 км. Это в 10 раз больше, чем предыдущий рекорд!
Getty Images: Марк Гарлик / Научная Фотобиблиотека
Для этого китайские ученые запустили на орбиту спутник Micius, который создал в космосе пару запутанных фотонов и отправил их обратно в разные точки земной поверхности. Результаты своего исследования они опубликовали в научном журнале «Science».
EZUMELIMAGES / ISTOCKPHOTO / gizmodo.com.au
«Это поразительный и довольно красивый эксперимент», - поделился своими впечатлениями профессор физики в Университете Сассекса Джейкоб Даннингем, добавив, что это был «огромный скачок» в изучении квантовой запутанности в глобальных масштабах. «Это большой шаг вперед в квантовой технологии», - сказал он.
Вполне нормально, если вы не до конца поняли, что представляет из себя квантовая запутанность. Поэтому мы решили разложить все на тезисы, сопроводив материал гифками милых помощников.
1. В очень малых масштабах физика ведет себя немного иначе – не так, как мы привыкли. Законы, которые описывают это поведение, называют квантовой механикой.
Предсказания квантовой механики могут разительно отличаться от положений классической механики.
2. Одна важная вещь, которую вы должны знать из квантовой механики, заключается в следующем: материя ведет себя и как частица, и как волна.
3. Еще один момент: когда дело касается квантовой механики, стоит попрощаться с уверенностью. Ведь если частица действует как волна, мы не можем знать наверняка, где именно она находится.
captain-fluffy-llama.tumblr.com
4. До того момента, пока мы ее не измерим. Но вот в чем загвоздка: если мы узнаем ее местоположение, то не сможем узнать скорость. И наоборот: вычислив скорость, не сможем распознать местоположение.
arockettopigfarts.tumblr.com
5. В 1935 году три физика – Альберт Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен – пытались доказать неполноту модели квантовой механики, когда впервые описали пример квантовой запутанности.
6. Но сам термин «запутанность» был впервые выведен Эрвином Шредингером в том же году.
reddit.com
7. Он назвал это «характерной чертой квантовой механики, той, которая обеспечивает ее отход от классического мышления».
vine.co
8. Эйнштейн не очень обрадовался квантовому запутыванию и назвал его «жутким действием на расстоянии».
9. Основная идея квантовой запутанности заключается в следующем: если две частицы вступают в тесный контакт друг с другом, они становятся связанными.
10. Теперь судьбы этих частиц переплетены. Поэтому мы и называем их запутанными.
11. Мы можем переместить эти две запутанные частицы далеко друг от друга, но они все равно останутся связанными.
12. Поскольку они ведут себя странным, квантовым образом, мы не знаем, каковы свойства частиц, пока не посмотрим на них.
13. И как только мы взглянем на одну из частиц, то тут же узнаем, в каком состоянии находится другая.
14. Эта закономерность соблюдается, даже если вторая частица находится на другом конце Вселенной.
15. Это большое открытие, которое означает, что в какой-то степени мы взаимодействуем со второй частицей быстрее скорости света.
16. Естественно, на практике все оказывается куда сложнее (впрочем, как и всегда).
corgiaddict.com
17. Ведь мы не можем просто запутать две частицы, а затем отправить одну из них в дальний уголок Вселенной.
18. Существует два способа передачи запутанных фотонов: через оптические волокна и через открытое пространство.
19. Но на большом расстоянии оптоволокно может поглотить фотоны, что исказит результаты исследования.
20. Однако, создав запутанные частицы в космосе и отправив их на Землю, ученые смогли обойти прежние препятствия.
vine.co
21. Возможность размещать запутанные фотоны на большом расстоянии имеет решающее значение, если в будущем мы хотим использовать запутывание для безопасного общения, квантовых компьютеров или квантовой телепортации.
22. Но если вам все еще трудно понять, что такое квантовая запутанность, просто вспомните, что однажды сказал американский ученый Ричард Фейнман: «Я думаю, что могу с уверенностью сказать, что никто не понимает квантовую механику».
Обложка: EZUMELIMAGES / ISTOCKPHOTO / youtube.com
