За първи път физици са успели да направят снимка на силна форма на квантово вплитане, наречена „вплитане на Бел“, която представя визуални доказателства за неуловимото явление, което някога смаяният Алберт Айнщайн нарича „призрачно действие от разстояние“.
Две частици, които взаимодействат помежду си - например два фотона, преминаващи през разделител на лъчи, например - могат понякога да останат свързани, като мигновено споделят своите физически състояния, без значение колко е голямо разстоянието помежду им. Тази връзка е известна като квантово вплитане и е в основата на квантовата механика.
Айнщайн е смятал, че квантовата механика е „призрачна“ поради мигновеността на видимо дистанционното взаимодействие между две вплетени частици, което изглежда несъвместимо с елементите на неговата Специална теория на относителността.
По-късно Джон Бел представя тази концепция за нелокално взаимодействие, описваща силна форма на вплитане, проявяваща тази призрачност във формули. Днес макар вплитането на Бел вече да има практически приложения като квантовите компютри и криптографията, то никога не е било заснемано.
В статия, публикувана в списание Science Advances, екип физици от Университета в Глазгоу описват как са направили в изображение за пръв път видима "призрачността" на Айнщайн.
През 60-те години известният британски физик Джон Бел доказа, че нито една теория, основана на локалност и реализъм не може да възпроизведе всички предсказания на квантовата механика.
Освен това, той въвежда специално неравенство (наречено на негово име), което позволява да се провери, доколко добре реалността се описва от класическата теория с непременна локалност и реализъм. Квантовата механика, напротив, би трябвало да нарушава неравенството, така че проверката на неравенството на Бел ще определи дали Айнщайн е прав, че има някакви скрити променливи, с чиято помощ да се прогнозират резултатите и че квантовата физика да може да се определи статистически.
Свръхчувствителна камера улавя момента, в който двете частици се изместват по един и същи начин, въпреки че са разделени, като по този начин ясно се потвърждава съществуването на квантово вплитане и нарушаването на неравенството на Бел. По-точно, снимката се състои от няколко изображения на фотони, които изпитват серия от фазови преходи.
Изображения, записали нарушението на неравенството на Бел в четири снимки. (А) Представени са четирите изображения с брой на съвпаденията, които съответстват на изображенията на фазовия кръг, получен от четирите фазови филтъра с различна ориентация, θ2 = {0 °, 45 °, 90 °, 135 °}, необходими за извършване на проверката на Бел. Мащаб: 1 mm (в равнината на обекта). От (В) до (Е) - представени са графики на съвпадението като функция от ъгъла на ориентация θ1 на фазова стъпка по протежение на обекта. Както е показано, тези резултати се получават чрез разгъване на ROI (ring-like region of interest - пръстенообразна област на интерес), представени като червени пръстени и са извлечени от изображенията, представени в (A). Сините точки в графиките са броят на съвпаденията за ъглова област в рамките на ROI, а червените криви съответстват на най-добрите подходи на експерименталните данни чрез косинусова квадратна функция. (В) до (Е) съответстват на ориентациите на фазовия филтър θ2 от 0 °, 45 °, 90 ° и 135 °, съответно. Кредит: Science Advances (2019). DOI: 10.1126/sciadv.aaw2563
Учените разработват система, която изстрелва поток от вплетени фотони от квантов източник на светлина към „неконвенционални обекти“. Така фотоните се изобразяват върху течни кристали, които променят фазата на фотоните, докато преминават през тях.
Изследователите създават свръхчувствителна камера, способна да открие единични фотони, която заснема изображение само когато е регистрирала един фотон и неговия вплетен „близнак“, създавайки видим запис на вплитането на фотоните.
Схема на експеримента за извършване на проверка на неравенството на Бел в изображение. Като източник на вплетени фотонни двойки се използва ултравиолетов лазер с кристал на бариев борат (BBO crystal). Двата фотона са разделени от разделител на лъчи (BS). Свръхчувствителната камера, задействана от SPAD, се използва за произвеждане на призрачни изображения на фазов обект, поставен на пътя на първия фотон и нелокално филтриран от четири различни пространствени филтъра, които могат да бъдат показани на SLM (SLM 2), поставени в другото рамо. Като се задейства от SPAD, камерата получава случайни изображения, които могат да се използват за извършване на проверка на неравенството на Бел. Кредит: Science Advances (2019). DOI: 10.1126/sciadv.aaw2563
„Образът, който успяхме да заснемем, е елегантна демонстрация на едно фундаментално свойство на природата, което се вижда за пръв път под формата на изображение", заяви водещият автор д-р Пол-Антоан Моро (Paul-Antoine Moreau) от Факултета по физика и астрономия към Университета в Глазгоу.
"Това е вълнуващ резултат, който може да бъде използван за напредъка на нововъзникващата област на квантовите изчисления и да доведе до нови видове изображения."
Справка: Paul-Antoine Moreau et al. Imaging Bell-type nonlocal behavior, Science Advances (2019). DOI: 10.1126/sciadv.aaw2563
Източник: Scientists unveil the first-ever image of quantum entanglement, University of Glasgow
Каруцаря