Квантовый мир проникает в наш через алмазы

В знаменитом мысленном эксперименте Шредингера закрытая в ящике кошка находилась в суперпозиции состояний: одновременно и жива, и мертва. Физикам удалось добиться похожего явления на других, хоть меньших, но все же макрообъектах - вибрирующих алмазах. Между ними было установлено наиболее таинственное из всех известных квантовых явлений - квантовая запутанность.

Под квантовой запутанностью в современной физике понимается взаимозависимость состояний частиц, не находящихся в непосредственном контакте. Например, если первая частица находится в состоянии A, то вторая оказывается в состоянии B, и наоборот. До тех пор, пока не были произведены никакие измерения, частицы могут находиться в неопределенном ("размазанном") состоянии суперпозиции: одновременно и A и B. Если же измерить состояние одной из них, то происходит "коллапс", и частица оказывается в одном из возможных состояний (например, A, который мы и получим как результат измерений), а ее напарник некоторым загадочным образом тоже переходит из состояния неопределенности в соответствующее состояние (соответственно, B).

Несмотря на парадоксальность данного явления, оно было давно уже проверено для объектов атомных размеров. Более того, в настоящее время квантовая запутанность применяется в криптографии для обеспечения полных гарантий от взлома (который неизбежно нарушит само сообщение).

Но, как это часто бывает, для макрообъектов - все намного сложнее. Команде ученых под руководством Яна Валмслей из Оксфордского университета удалось преодолеть все трудности и продемонстрировать, что странности квантового мира можно наблюдать и в масштабах, доступных для невооруженного глаза. Статья с их результатами вышла на днях в Science.

Валмслей удалось создать запутанность особых вибраций в кристаллах, известных как фононы. Фононы создавались лазерным импульсом в двух кристаллах шириной в 3 миллиметра и отстоящих друг от друга на 15 сантиметров. Один фонон представлял собой смещение порядка 10¹⁶ атомов, что соответствует области кристалла 0.05x0.25 мм². Для квантового мира - это очень большие размеры.

Для создания запутанных фононов в алмазах было необходимо соблюсти несколько условий. Во-первых, фонон должен создаваться одним фотоном. Во-вторых, этот фотон должен был пройти разделитель лучей, который направлял его либо на один, либо на другой кристалл случайным образом. В третьих, фотон также должен был передать часть своей энергии другому фотону - фотону Строка, который являлся показателем возбуждения фонона.

"Когда мы обнаруживали фотон Строка, мы знали, что создали фонон, но в какой из кристаллов - это мы не могли бы выяснить в принципе", - говорит Валмслей. В итоге создавалось запутанное состояние между фононами.

Как показали измерения, запутанное состояние продолжалось лишь несколько пико (10^-12) секунд. И, поскольку часто возникают непредвиденные отклонения, необходимо было совершить множество попыток, прежде чем удавалось добиться нужного состояния. И все же данная работа стала значительным шагом - она показала, что создавать спутанное состояние между макрообъектами в принципе возможно.

Читайте на CNews
Как ищут экзопланеты? Методы и технологии
Идеи Теслы в работе: заряжаем электрокары магнитным полем
Водородный "бензин": транспорт и энергетика станут экологичными