Израильские физики создали квантовую связь между фотонами вне времени и пространства

Израильские физики Эли Мегидиш и Хагай Айзенберг из Иерусалимского еврейского университета в результате уникальных исследований доказали, что между парой фотонов возможно создать квантовую связь, не зависящую от времени и пространства. Это значит, что можно связать две частицы, находящиеся не только сколь угодно далеко друг от друга, но даже не существующие одновременно. В сфере практического применения это открытие может произвести революцию в сфере современных коммуникаций.

Результаты своего открытия физики-теоретики Эли Мегидиш и Хагай Айзенберг из Иерусалимского еврейского университета описали в совместной научной работе "Запутанность между фотонами, не существующими одновременно", опубликованной в академическом журнале Американской ассоциации содействия развитию наук Science и в одном из самых престижных журналов в области физики Physical Review Letters, издаваемом Американским физическим обществом.

Квантовая или фотоновая запутанность между пространственно разделенными объектами – одно из наиболее удивительных явлений в физике. Результаты независимых измерений состояний перепутанных частиц характеризуются специфическими корреляциями, которые не поддаются объяснению в рамках классических представлений. Помимо фундаментальной значимости, запутанность является уникальным ресурсом для квантовой информатики и квантовой связи. Перепутанные квантовые биты или кубиты можно использовать для передачи конфиденциальной информации и для осуществления квантовых логических операций.

Термин "квантовая запутанность" был введен еще Эрвином Шредингером в 1935 году для обозначения явления, при котором состояния частиц оказываются взаимосвязанными вне зависимости от расстояния, разделяющего эти частицы. По сути, это явление - всего лишь доказательство парадоксальности квантовой механики, однако современной физике под силу создать сеть частиц, имеющих квантовую связь между собой.

Именно это и удалось экспериментально доказать израильским ученым.

Эли Мегидиш и Хагай Айзенберг начали со схемы, известной как "обмен запутанностями". Для этого они дважды направили луч лазера на специальный кристалл, чтобы получить две пары фотонов. Полученные частицы обозначили цифрами: пара 1 и 2, пара 3 и 4. Первоначально частицы 1 и 4 не имели квантовой связи, но ученые ожидали, что она должна была появиться, как только будет установлена запутанность между фотонами 2 и 3.

Квант света, который одновременно представляет собой и частицу, и волну, может быть поляризован и может принимать состояния вертикальной и горизонтальной поляризации. Запутанность возникает, если имеются парные фотоны, каждый из которых может быть либо горизонтально, либо вертикально поляризованным. Их квантовая связь проявляется следующим образом: если измерить состояние одного фотона, то можно с уверенностью сказать, что состояние его пары будет противоположным. То есть, если частица, свойства которой мы можем узнать, поляризована вертикально, то парная частица, находящаяся хоть на другом конце Вселенной, будет поляризована горизонтально, и наоборот.

"Проекционное измерение" свойств одной из частиц вызывает появление определенного ее состояния, а также изменение состояния парной частицы на противоположное, как в случае с вертикальной и горизонтальной поляризацией. Таким образом, даже если фотоны 2 и 3 не были изначально запутаны, путем измерений физики придали одному из них одно состояние, а его паре - противоположное.

Любое измерение вызывает запутанность фотонов, даже если при этом происходит разрушение одного из них.

Чтобы создать квантовую запутанность между фотонами 1 и 4, которые даже не существовали в один и тот же момент, Айзенберг и Мегидиш сначала запутали фотоны из пары 1 и 2, а затем измерили поляризацию фотона 1 обычным способом. Затем физики "связали" частицы 3 и 4 и произвели "проекционные измерения". Последним этапом исследователи измерили поляризацию фотона 4. И даже при условии того, что фотоны 1 и 4 никогда не сосуществовали, квантовая запутанность все равно проявлялась между ними.

Таким образом, израильские ученые доказали, что возможно создать пару фотонов, имеющих квантовую связь, даже если они не существуют в одно и то же время. Причем подобная связь работает даже на сверхбольших расстояниях, соизмеримых со Вселенной. Более того, к этой связи добавляется еще и временное разделение. Это значит, что взаимосвязь двух частиц настолько сильна, что их может разделять и время, и пространство.

В области практического применения открытие иерусалимских ученых дает возможность предположить, что в будущем могут быть созданы некие квантовые сети с протоколами, работающими по принципу "обмена запутанности". С их помощью можно было бы создавать квантовую связь между пользователями, находящимися на максимально большом расстоянии друг от друга, и с ее помощью мгновенно обмениваться информацией.

Источник - cursorinfo.co.il