Обнаружен новый тип квантовой запутанности: У света открыли более глубокий (и странный) уровень квантовой связи

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Признайтесь, мир квантовой механики порой кажется настоящей головоломкой, подбрасывающей идеи, которые заставляют усомниться в привычной картине реальности. Помните знаменитое эйнштейновское «жуткое дальнодействие»? Ту самую идею, что две частицы, разнесенные хоть на световые годы, могут оставаться таинственно связанными: измеряешь одну — и мгновенно знаешь состояние другой. Сам Эйнштейн, надо сказать, был не в восторге от такой перспективы, казавшейся ему абсурдной.

Но наука, знаете ли, дама упрямая. То, что казалось «жутким», не только подтвердилось экспериментально, но и легло в основу технологий будущего — квантовой связи и вычислений. За исследования этого явления, названного квантовой запутанностью, не так давно вручили Нобелевскую премию. И мы вроде бы уже привыкли, что частицы света, фотоны, могут быть запутаны по направлению полета, цвету (частоте) или поляризации — направлению колебаний их электрического поля.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Даже более экзотические свойства, вроде углового момента, поддались этому странному квантовому «сцеплению». Представьте себе: у фотона есть что-то вроде собственного вращения (спин) и вращения вокруг оси распространения (орбитальный угловой момент). Примерно как у нашей Земли, которая крутится вокруг своей оси и одновременно летит по орбите вокруг Солнца. До недавнего времени считалось, что эти два типа вращения — вещи разные, и запутывать фотоны можно было либо по одному, либо по другому.

Когда меньше значит больше (и сложнее!)

Но что, если загнать свет в по-настоящему тесные рамки? В структуры настолько крошечные, что их размер меньше длины волны самого света? Это область нанофотоники — целое направление науки, которое стремится управлять светом на масштабах, измеряемых нанометрами (миллиардными долями метра). Зачем это нужно? Ну, во-первых, миниатюризация. Чем меньше компоненты, тем больше их можно уместить на чипе, тем мощнее и компактнее будут будущие квантовые устройства. Аналогия с электронными микросхемами тут вполне уместна.

А во-вторых, и это, пожалуй, даже важнее, — в таких наноструктурах свет начинает гораздо активнее взаимодействовать с веществом. Это открывает дорогу к новым физическим эффектам, недостижимым в «макромире».

И вот тут-то исследователи из Техниона (Израильского технологического института), под руководством Амита Кама и Шая Цессеса, наткнулись на нечто совершенно новое. Оказалось, что в наномасштабе привычное разделение на спин и орбитальный момент теряет смысл. Эти два свойства как бы сливаются воедино, образуя полный угловой момент фотона. И разделить их уже невозможно. Представьте, что Земля вдруг стала такой маленькой, что её вращение вокруг оси и движение по орбите стали неразличимы — есть только общее вращательное движение.

Запутанность нового сорта

В чем же суть открытия, опубликованного в престижном журнале Nature? Ученые не просто констатировали факт слияния угловых моментов. Они пошли дальше. Им удалось создать и измерить квантовую запутанность фотонов именно по этому полному угловому моменту — свойству, которое проявляется исключительно в наноразмерных системах!

Представьте себе эксперимент: фотоны пропускают через специально созданную наноструктуру, размером в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса. На выходе измеряют их характеристики. Исследователи смогли не только проследить, как меняются состояния фотонов при прохождении этой структуры, но и подтвердить: пары фотонов оказываются связанными (запутанными) именно по полному угловому моменту. Измерение этого параметра у одного фотона мгновенно определяло его значение у другого, как и положено при запутанности.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Почему это так важно?

Казалось бы, ну еще один тип запутанности, что с того? А дело в том, что это первое открытие принципиально нового типа квантовой запутанности за последние два десятилетия! Это не просто очередная галочка в списке известных квантовых феноменов. Это открытие расширяет наш инструментарий для работы с квантовой информацией.

Подумайте сами: если мы хотим создавать компактные и эффективные квантовые устройства, нам нужно уметь работать со светом именно на наноуровне. И теперь у нас есть новый «рычаг» управления — запутанность по полному угловому моменту, свойство, рожденное самим этим наномасштабом.

Это открывает совершенно новые перспективы для проектирования компонентов квантовых компьютеров и систем квантовой связи. Возможность использовать уникальные свойства фотонов в наноструктурах может привести к значительному скачку в миниатюризации и эффективности квантовых технологий.

Так что же дальше? Пока это фундаментальное исследование, но оно закладывает основу для будущих инженерных решений. Путь от лабораторного открытия до работающего устройства неблизкий, но направление задано. И кто знает, возможно, именно эта «нано-запутанность» станет ключом к квантовым технологиям, которые сегодня кажутся нам такой же фантастикой, какой когда-то казалось «жуткое дальнодействие». Мир квантов продолжает удивлять!

6 комментариев

Добавить комментарий

a
«Даже более экзотические свойства, вроде углового момента, поддались этому странному квантовому «сцеплению». Представьте себе: у фотона есть что-то вроде собственного вращения (спин) и вращения вокруг оси распространения (орбитальный угловой момент).»


И что? Поляризация фотона — это проекция спина фотона, равного единице, на направление движения. И эта проекция может быть плюс или минус один. Проекция ноль для фотона невозможна из-за его безмассовости.
Вот что прорывного или нового, скажите на милость, сделали в этом «престижном» журнале, от которого нормальные ученые шарахаются, как черт от ладана?
a
А обычная механика обходится без высшей математики? Вся эта хрень с гамильтонианами, лагранжианами, теоремами Нетер и прочими лапласианами и многочленами то Лагранжа, то Лежандра появилась задолго до квантов. Как и разного сорта теории групп. И все это плавно перекочевали в кванты.
Yoghuk_ABV
Толян «Роснано» Чубайс, прочитав эту статью на АйХБТ, уже рвёт на груди своей рубаху!
s
Потенциально очень интересно, если правда. Меряют то не только угловой момент фотона, получается — меряют свойство элемента составной системы (2 фотона + наноразмерная матрица) и запутаны все 3.
ПС. электрон в полупроводнике, всё ещё электрон или скорее квазичастица?
105426454371466258908@google
Вспомним начало? Магнитная лента, отрицательный заряд 0 и положительный 1, две константы. И теперь строим горы костылей чтоб уменьшить размер чипа и увеличить количество транзисторов, мама дорогая зачем? Когда можно работать с самим светом напрямую, у которого спектр и длина волны открывает млны констант. Зачем сидеть в комнате с двумерными возможностями когда можно открыть дверь и наслаждаться небом?
Hoy_cMoKuHr
У тебя уже есть Нобелевская?

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Обзор автомобильного холодильника HARPER CBH-145 на 45 литров, питанием от прикуривателя или сети 220В

Лето пришло, а вместе с ним дальние путешествия. Каждое лето с семьей стараемся вырваться на природу или солнечный берег на автомобиле. И если в автомобиле нас спасает климат-контроль, то продукты...

Как пять коров, забытых на острове, подвергли сомнению представление об эволюции

В 1871 году французский фермер по фамилии Эртен высадил пять коров на острове под названием Амстердам, который является крошечным клочком суши площадью около 55 квадратных километров, затерянным на...

Собор Хусто: как отшельник за 60 лет возвел храм из всего, что под руку придется

Всякий, кто знаком со стройкой или хотя бы ремонтом, знает, что от стоимости такого мероприятия голова кружится, давление подскакивает и в целом плохо становится. А уж сколько приходится...

Миф о «вечном» iPhone и «одноразовом» Samsung: что на самом деле определяет срок службы смартфона

Я давно заметил одну забавную штуку: у нас в России айфон принято считать чем-то вроде «вечного» устройства, а любой Самсунг — одноразовой игрушкой на пару лет. Это убеждение годами...

Обзор Ugreen CM830 Tracker Slim – поиск кошелька через SmartThings и один важный нюанс с дальностью

Кошелек чаще всего теряется не где-то на другом конце города, а в пределах квартиры: в куртке, сумке, машине, между бумагами на столе. Ugreen Tracker Slim как раз сделан под такие ситуации. Это не...

Нанотехнологии в автомобиль: обзор видеорегистратора TrendVision Nano 2K Wi-Fi CPL GPS

Давно хотел компактный видеорегистратор в новое авто, но с экраном, чтобы было понятно, что идет запись. И вот у компании TrendVision это получилось и даже с запасом по миниатюрности размеров....