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 зарядного устройства Baseus Super GaN Desktop Charger 100W: GaN-транзисторы, 93% КПД и независимые порты

На рынке зарядных устройств Baseus давно зарекомендовал себя как производитель качественной и доступной продукции. Модель Super GaN Desktop Charger 100W — это настольное зарядное с...

Обзор смартфона POCO X8 Pro — что скрывается за заявленными характеристиками

POCO X8 Pro — современный смартфон среднего класса. В этой статье я расскажу, как прогнал его через синтетические тесты, проводил анализ поведения под длительной нагрузкой, оценивал...

История компании Sony: от радиоприемников до виртуальной реальности

Если посмотреть на историю Sony, можно заметить одну странную вещь. Эта компания постоянно оказывалась в нужном месте в нужное время. Но не потому что ей везло. А потому что она сама создавала эти...

Сколько на самом деле можно загружать белья в стиральную машину и чем грозит перегруз

Когда мы покупаем стиральную машину, первое, на что мы смотрим, помимо цены, — это цифра на наклейке. 5, 6, 7 или 8 килограммов. Кажется, что всё просто: купил машину на...

✦ ИИ  Как у динозавров появился встроенный в тело «кондиционер»?

Когда мы представляем динозавров, в воображении часто возникают гигантские существа, бродящие под палящим солнцем древней Земли. Но возникает логичный вопрос: как они вообще выживали в таком...

✦ ИИ  Почему не стоит оставлять зарядку в розетке, когда телефон уже не подключен

У меня есть несколько знакомых, которые принципиально не вытаскивают зарядки из розеток. Говорят: «Зачем мне каждый раз нагибаться, если я все равно через пару часов снова поставлю телефон». У...