Физики нашли баг в реальности — и обошлись без квантовой запутанности
NewsMakerЭксперимент опроверг базовое представление о квантовом мире.
В обычной жизни все происходит предсказуемо: яблоки падают вниз, машины тормозят, если отпустить газ, а информация не передается быстрее скорости света. Так работает классическая физика — фундамент наших повседневных представлений о мире. Но в мире элементарных частиц законы другие, и они нередко ставят под сомнение наше понимание реальности.
Одно из самых странных явлений — квантовая запутанность. Если две частицы запутались, то их свойства оказываются тесно связаны: измеряя одну, мы мгновенно узнаём состояние другой — даже если они находятся на огромном расстоянии. Эйнштейн называл это "жутким действием на расстоянии", поскольку в классической физике такие мгновенные корреляции невозможны: ничто, включая информацию, не может двигаться быстрее света.
До недавнего времени считалось, что такое "нелокальное" поведение возможно только в случае квантовой запутанности. Но новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, ставит это представление под сомнение.
Физики провели эксперимент, в котором использовали фотоны, появляющиеся при прохождении лазерного света через особый кристалл. Устройство было устроено так, что невозможно было определить, из какого именно места исходили фотоны, и тем самым исключалась возможность их запутанности до момента регистрации. Тем не менее, ученые зафиксировали корреляции, нарушающие неравенство Белла — один из ключевых тестов на наличие квантовой нелокальности.
Причём нарушение оказалось значительным — более чем на четыре стандартных отклонения. Это первый зафиксированный случай, когда неравенство Белла было нарушено без участия запутанных частиц. Исследователи объясняют эффект не запутанностью, а другим квантовым свойством — неразличимостью фотонов, возникающей при совпадении путей их распространения.
Авторы считают, что их работа помогает по-новому взглянуть на природу квантовой корреляции и показывает, что фундаментальные "странности" квантовой механики могут быть связаны не только с запутанностью, но и с более тонкими свойствами квантовых частиц.
Тем не менее, ученые отмечают и ограничения своей работы. Один из возможных источников искажения результатов — метод постселекции, когда анализируются не все фотоны, а только выбранные. Кроме того, в эксперименте сохраняется "лазейка локальности" — фазовые настройки детекторов могли быть недостаточно разделены во времени или пространстве, чтобы полностью исключить влияние одной части измерения на другую.
Тем не менее, исследователи уверены, что эти проблемы можно устранить с помощью усовершенствования аппаратуры и повторения эксперимента в более строгих условиях. Они напоминают, что и доказательства нелокальности запутанных частиц когда-то казались ненадежными, но спустя десятилетия были подтверждены с высокой точностью.
"Мы ожидаем, что в будущем будут предложены как возможные лазейки, так и способы исключить их, — пишут авторы. — И как это уже происходило в течение 90 лет истории экспериментов с запутанными частицами, квантовая механика, скорее всего, вновь выйдет победителем".
В обычной жизни все происходит предсказуемо: яблоки падают вниз, машины тормозят, если отпустить газ, а информация не передается быстрее скорости света. Так работает классическая физика — фундамент наших повседневных представлений о мире. Но в мире элементарных частиц законы другие, и они нередко ставят под сомнение наше понимание реальности.
Одно из самых странных явлений — квантовая запутанность. Если две частицы запутались, то их свойства оказываются тесно связаны: измеряя одну, мы мгновенно узнаём состояние другой — даже если они находятся на огромном расстоянии. Эйнштейн называл это "жутким действием на расстоянии", поскольку в классической физике такие мгновенные корреляции невозможны: ничто, включая информацию, не может двигаться быстрее света.
До недавнего времени считалось, что такое "нелокальное" поведение возможно только в случае квантовой запутанности. Но новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, ставит это представление под сомнение.
Физики провели эксперимент, в котором использовали фотоны, появляющиеся при прохождении лазерного света через особый кристалл. Устройство было устроено так, что невозможно было определить, из какого именно места исходили фотоны, и тем самым исключалась возможность их запутанности до момента регистрации. Тем не менее, ученые зафиксировали корреляции, нарушающие неравенство Белла — один из ключевых тестов на наличие квантовой нелокальности.
Причём нарушение оказалось значительным — более чем на четыре стандартных отклонения. Это первый зафиксированный случай, когда неравенство Белла было нарушено без участия запутанных частиц. Исследователи объясняют эффект не запутанностью, а другим квантовым свойством — неразличимостью фотонов, возникающей при совпадении путей их распространения.
Авторы считают, что их работа помогает по-новому взглянуть на природу квантовой корреляции и показывает, что фундаментальные "странности" квантовой механики могут быть связаны не только с запутанностью, но и с более тонкими свойствами квантовых частиц.
Тем не менее, ученые отмечают и ограничения своей работы. Один из возможных источников искажения результатов — метод постселекции, когда анализируются не все фотоны, а только выбранные. Кроме того, в эксперименте сохраняется "лазейка локальности" — фазовые настройки детекторов могли быть недостаточно разделены во времени или пространстве, чтобы полностью исключить влияние одной части измерения на другую.
Тем не менее, исследователи уверены, что эти проблемы можно устранить с помощью усовершенствования аппаратуры и повторения эксперимента в более строгих условиях. Они напоминают, что и доказательства нелокальности запутанных частиц когда-то казались ненадежными, но спустя десятилетия были подтверждены с высокой точностью.
"Мы ожидаем, что в будущем будут предложены как возможные лазейки, так и способы исключить их, — пишут авторы. — И как это уже происходило в течение 90 лет истории экспериментов с запутанными частицами, квантовая механика, скорее всего, вновь выйдет победителем".