Исследователи создали частицы света, которые фактически существуют в 37 измерениях одновременно, чтобы проверить экстремальную версию квантового парадокса. Эксперимент описан в журнале Science Advances.

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.

Этот тип «квантового моделирования» чрезвычайно технически сложен и требует очень стабильных и точно откалиброванных устройств, добавил он.

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.

Физики впервые наблюдали странный эффект квантового бумеранга

Физики впервые наблюдали квантовую запутанность у кварков