Квантовые физики создали 37-мерное пространство
Исследователи создали частицы света, которые фактически существуют в 37 измерениях одновременно, чтобы проверить экстремальную версию квантового парадокса. Эксперимент описан в журнале Science Advances.
«Этот эксперимент показывает, что квантовая физика более неклассична, чем многие из нас думали. Может быть, даже спустя 100 лет после ее открытия мы все еще видим только верхушку айсберга», — говорит Чжэнхао Лю из Датского технического университета.
Он и его коллеги сосредоточились на состоянии Гринбергера–Хорна–Цайлингера (ГХЦ), которое допускает, что квантовые частицы могут оставаться связанными на больших расстояниях более 30 лет. В простейшей версии ГХЦ три частицы связаны квантовой запутанностью — особой связью, с помощью которой можно узнать что-то об одной частице, взаимодействуя с двумя другими.
Как показано в математических доказательствах и проверено в экспериментах, ситуация, в которой частицы могут влиять друг на друга только тогда, когда они находятся в непосредственной близости — другими словами, когда так называемое «жуткое действие на расстоянии» запрещено — приводит к математическим невозможностям. Фактически, парадокс можно выразить через выражение, которое дает равенство 1 и -1, что не может быть правильным. В 1990-х физики поняли, что единственный способ избежать таких невозможностей — принять, что частицы могут участвовать в квантовой «жуткости».
Лю и его коллеги хотели создать самую экстремальную версию этого парадокса. В частности, они хотели найти состояния фотонов, или частиц света, поведение которых в эксперименте ГХЗ сильнее всего бы отличалось от поведения чисто классических частиц.
Расчеты показали, что фотоны должны пребывать в квантовых состояниях настолько сложных, как если бы они существовали в 37 измерениях. Так же, как наше положение в каждый момент может быть определено относительно трех пространственных и одного временного измерения, состояние каждого фотона может быть описано 37 параметрами.
Исследователи проверили эту идею, преобразовав многомерную версию состояния ГХЗ в серию импульсов очень когерентного, то есть чрезвычайно равномерного по цвету и длине волны, света, которым они могли управлять.
«Состояние, закодированное светом, и его измерение управляются той же математикой, которая лежит в основе квантовой физики. Таким образом, наш эксперимент может производить некоторые из самых неклассических эффектов в квантовом мире», — пояснил Лю.
Этот тип «квантового моделирования» чрезвычайно технически сложен и требует очень стабильных и точно откалиброванных устройств, добавил он.
«Это результат “на вечность” — в том смысле, что он может быть актуален через сто лет», — прокомментировал профессор Отфрид Гюне из Зигенского университета в Германии.
По его словам, помимо исследования пределов квантовости, новая работа также полезна в понимании, как квантовые состояния света и атомов используются для обработки информации — например, в квантовых вычислениях.
Дальнейшие исследования будут посвящены тому, как ускорить вычисления, кодируя информацию в квантовые состояния, подобные полученным в этом 37-мерном эксперименте, подтвердил Лю.
