Що таке «квантова заплутаність»?

"Квантова заплутаність" - це один із сюжетних прийомів, широко поширених у сучасних науково-фантастичних фільмах.

Шанувальники фільмів про супергероїв Marvel, наприклад, знайомі з ідеєю злиття та перетину різних часових ліній або переплетення доль персонажів за допомогою, здавалося б, магічних засобів.

Але "квантова заплутаність" - це не просто фантастична подія. Це цілком реальне та незрозуміле явище.

Заплутоне розуміння "квантової заплутаності"

"Квантова заплутаність" - це один із аспектів ширшого набору ідей у сучасній фізиці. Квантова механіка є теорією, що описує поведінку природи на атомному і навіть субатомному рівні.

Що таке квантова заплутаність?

Розуміння та використання заплутаності, як вважається, означає створення багатьох передових технологій. Наприклад, квантових комп'ютерів, які можуть вирішувати певні завдання набагато швидше, ніж звичайні машини. Ми можемо створити пристрої квантового зв'язку, що дозволяють спілкуватися один з одним без найменшої ймовірності підслуховування.

Квантова механіка стверджує, що дві частинки заплутані, коли одна з них не може бути повністю описана без урахування всієї інформації про іншу: такі частинки залежні одна від іншої.

Хоча подібна ідея, здавалося б, має сенс, вона складна для розуміння загальної концепції, і фізики досі працюють над нею.

Припустимо, що я даю вам та вашому другу дві непрозорі чорні коробочки. У кожній коробці є звичайний шестигранний кубик. Далі я прошу вас трохи потрясти коробки, щоб розкидати кубики.

Потім ви розходитесь. Ваш друг вирушає кудись до Південної Америки, а ви повертаєтеся додому. Під час експерименту ви не спілкуєтесь один з одним. Коли ви повернетеся додому, кожен із вас відкриє свою коробку і дивиться на звернене вгору число на своєму кубику.

У звичайних умовах між числами, які бачите ви і ваш друг, не було б жодної кореляції. Існує однакова ймовірність тог, що випаде число від 1 до 6; однак число, яке побачить друг, ніяк не вплине на число, що зображене на вашому кубику.

Це не дивно – так влаштований звичайний світ, у якому ми живемо. Але якщо ми обмежимо звичне нам середовище "квантовими кордонами", то побачимо зовсім іншу картину.

Припустимо, що я попрошу вас спочатку постукати по коробках, а потім розійтися в різні боки.

В аналогії з квантовою механікою ця дія зв'яже кубики таємничим чином: коли ви обидва прийдете додому, відкриєте коробку, то побачите однакові числа. Якщо у вас випаде "4", будьте певні, що у Південній Америці на кубику теж гарантовано випаде "4"; якщо у вас випаде "6", то й у нього також "6".

У цій аналогії кубики – окремі частинки (атоми, фотони – неважливо), а магічний акт фізичного дотику кубиків – невідомий нам процес, який заплутує. А вимір одного кубика дає нам інформацію про інший.

Квантова механіка продовжує дивувати

Наскільки нам відомо, немає магічної дії, щоб зачарувати пару гральних кісток або інші об'єкти в нашому людському, макроскопічному масштабі.

Якби це було так, ми могли б випробувати квантову механіку в повсякденному житті, і вона, мабуть, не була б такою чужою, що викликає подив, концепцією.

Поки що на мікроскопічному рівні вченим доводиться задовольнятися обмеженим набором і речей, і явищ (як їх розмежувати ми також не знаємо). Набагато легше спостерігати квантові ефекти, породжені іонами чи трансмонами.

Команда Лабораторії структурованого світла Університету Вітватерсранд у Південній Африці

Саме така робота проводиться у Лабораторії структурованого світла Університету Вітватерсранд у Південній Африці.

Проте замість іонів чи трансмонів дослідники у лабораторії використовують фотони, щоб краще зрозуміти квантову механіку та її закони.

Заплутані фотони як крок до майбутніх технологій

Ми зацікавлені у використанні квантової природи світла для різних цілей: від розробки ефективних систем зв'язку, які неможливо зламати недоброзичливим третім особам, до створення методів візуалізації чутливих біологічних зразків без їх пошкодження.

Лазер з арсеналу Лабораторії структурованого світла Університету Вітватерсранд у Південній Африці

Подібні дослідження часто вимагають штучно заплутаних фотонів. Але це не так просто, як покласти два кубики в окремі коробки та поштовхати їх.

Процеси, що використовуються для створення заплутаних фотонів у реальній лабораторії, обмежені багатьма експериментальними чинниками. До них відносяться форма лазерних променів, а також розміри кристалів, де створюються заплутані фотони. Все це може призвести до неякісних результатів – або неідеальних станів – та відкидати деякі виміри після завершення експерименту.

Група дослідників нещодавно зробила крок до вирішення цієї проблеми. Була розрахована оптимальна форма лазера, щоб якнайкраще створити заплутаний стан елементарних часток. А заодно уникнути випадкових фотонів.

Це особливо важливо, оскільки четверта промислова революція розвивається у всьому світі надшвидкими темпами. Технології, в основі яких лежить квантова механіка, безсумнівно, стають все більш поширеними.

Два роки тому українці обрали новий парламент. Як змінилися погляди з того часу? Два роки нової Ради, монобільшості та віри в світле майбутнє Два роки діє парламент монобільшості. Як змінилися суспільно-політичні... 21 липня 2021 / Політика
Пресс-конференция Порошенко: о чем говорил и что забыл сказать Порошенко говорит Радует только, что Петр Алексеевич научился жестко и четко излагать... 28 лютого 2018 / Політика
Частная собственность - это противовес всесилию государства Украинцы до сих пор остаются российскими крепостными Украинскому обществу не следует ожидать значимых изменений после... 06 серпня 2020 / Право
Москва усилила давление на Константинополь, но у Вселенского патриархата свой план УПЦ КП автокефалию не получит Желание украинской власти узаконить Киевский патриархат Украинской... 17 травня 2018 / Політика
Погода