Квантовый «инь-янь» показывает запутывание двух фотонов в реальном времени
Ученые использовали первую в своем роде технику для визуализации двух запутанных частиц света в реальном времени, благодаря чему они выглядели как потрясающий квантовый символ «инь-ян».
Новый метод, называемый бифотонной цифровой голографией, использует сверхточную камеру и может быть использован для значительного ускорения будущих квантовых измерений. Исследователи опубликовали свои выводы 14 августа в журнале Nature Photonics.
Квантовая запутанность — странная связь между двумя удаленными друг от друга частицами, которую Альберт Эйнштейн называл «жутким действием на расстоянии» — позволяет двум световым частицам, или фотонам, становиться неразрывно связанными друг с другом, так что изменение одной из них вызывает изменения в другой, независимо от того, насколько далеко они расположены друг от друга.
Чтобы сделать точные предсказания о квантовом объекте, физикам необходимо найти его волновую функцию: описание его состояния, существующее в суперпозиции всех возможных физических значений, которые может принимать фотон. Запутанность усложняет поиск волновой функции двух связанных частиц, поскольку любое измерение одной из них также вызывает мгновенное изменение другой.
Физики обычно разрешают эту проблему с помощью метода, известного как квантовая томография. Беря сложное квантовое состояние и применяя к нему проекцию, они измеряют некоторые свойства, принадлежащие конкретному состоянию, такие как его поляризация или импульс, изолированно от других.
Повторяя эти измерения на нескольких копиях квантового состояния, физики могут создать подобие оригинала на основе фрагментов более низкого измерения — например, реконструируя форму трехмерного объекта по двумерным теням, которые он отбрасывает на окружающие стены.
Этот процесс дает всю нужную информацию, но он также требует множества измерений и выдает множество «запрещенных» состояний, которые не следуют законам физики. Это ставит перед учеными сложную задачу кропотливого отсеивания бессмысленных, нефизических состояний — усилия, которые могут занять часы или даже дни, в зависимости от сложности системы.
Чтобы обойти эту проблему, исследователи использовали голографию для кодирования информации из более высоких измерений в управляемые фрагменты более низких измерений.
Оптические голограммы используют два световых луча для создания трехмерного изображения: один луч попадает на объект и отражается от него, а другой светит на носитель записи. Голограмма формируется из узора интерференции света, или узора, в котором пики и минимумы двух световых волн складываются или нейтрализуют друг друга.
Физики использовали аналогичный метод, чтобы получить изображение состояния запутанного фотона через интерференционную картину, которую они создали с другим известным состоянием. Затем, сделав полученное изображение камерой с наносекундной точностью, исследователи разобрали полученную интерференционную картину, показав потрясающее изображение инь-ян двух запутанных фотонов.
— соавтор исследования Алессио Д’Эррико, научный сотрудник Университета Оттавы в Канаде.
Новый метод, называемый бифотонной цифровой голографией, использует сверхточную камеру и может быть использован для значительного ускорения будущих квантовых измерений. Исследователи опубликовали свои выводы 14 августа в журнале Nature Photonics.
Квантовая запутанность — странная связь между двумя удаленными друг от друга частицами, которую Альберт Эйнштейн называл «жутким действием на расстоянии» — позволяет двум световым частицам, или фотонам, становиться неразрывно связанными друг с другом, так что изменение одной из них вызывает изменения в другой, независимо от того, насколько далеко они расположены друг от друга.
Чтобы сделать точные предсказания о квантовом объекте, физикам необходимо найти его волновую функцию: описание его состояния, существующее в суперпозиции всех возможных физических значений, которые может принимать фотон. Запутанность усложняет поиск волновой функции двух связанных частиц, поскольку любое измерение одной из них также вызывает мгновенное изменение другой.
Физики обычно разрешают эту проблему с помощью метода, известного как квантовая томография. Беря сложное квантовое состояние и применяя к нему проекцию, они измеряют некоторые свойства, принадлежащие конкретному состоянию, такие как его поляризация или импульс, изолированно от других.
Повторяя эти измерения на нескольких копиях квантового состояния, физики могут создать подобие оригинала на основе фрагментов более низкого измерения — например, реконструируя форму трехмерного объекта по двумерным теням, которые он отбрасывает на окружающие стены.
Этот процесс дает всю нужную информацию, но он также требует множества измерений и выдает множество «запрещенных» состояний, которые не следуют законам физики. Это ставит перед учеными сложную задачу кропотливого отсеивания бессмысленных, нефизических состояний — усилия, которые могут занять часы или даже дни, в зависимости от сложности системы.
Чтобы обойти эту проблему, исследователи использовали голографию для кодирования информации из более высоких измерений в управляемые фрагменты более низких измерений.
Оптические голограммы используют два световых луча для создания трехмерного изображения: один луч попадает на объект и отражается от него, а другой светит на носитель записи. Голограмма формируется из узора интерференции света, или узора, в котором пики и минимумы двух световых волн складываются или нейтрализуют друг друга.
Физики использовали аналогичный метод, чтобы получить изображение состояния запутанного фотона через интерференционную картину, которую они создали с другим известным состоянием. Затем, сделав полученное изображение камерой с наносекундной точностью, исследователи разобрали полученную интерференционную картину, показав потрясающее изображение инь-ян двух запутанных фотонов.
Открытый нами метод работает экспоненциально быстрее, чем предыдущие методы, требуя всего несколько минут или секунд вместо дней
— соавтор исследования Алессио Д’Эррико, научный сотрудник Университета Оттавы в Канаде.
- Алексей Павлов
- Nature Photonics
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Новое исследование показало: Стоунхендж столетиями «водил за нос». Похоже, историю опять придется переписывать
Оказалось, что сенсация скрывалась в огромном круге, состоящем из загадочных шахт...
Парадокс Великой Зеленой стены: Китай посадил 78 миллиардов новых деревьев, но климат стал только хуже. Как так вышло?
Ученые назвали причины, почему самый грандиозный экологический проект за всю историю в итоге обернулся головной болью для миллионов китайских граждан...
Людовик XIV умер совсем не от гангрены: ученые сумели раскрыть истину лишь 310 лет спустя
Эксперты говорят: французский король был обречен. Медикам того времени была совершенно неизвестна его болезнь...
Необъяснимые аномалии в тайге на Дальнем Востоке: читаем походные дневники военного разведчика и писателя Владимира Арсеньева
Часть первая: свет в ночном море, мираж «фата-моргана» и почти моментальное замерзание воды...
ЦРУ, море в пустыне и нефть: кто и зачем остановил проект Египта на 60 лет?
Часть вторая: Холодная война, 200 ядерных взрывов и 15 миллиардов, которые могут все изменить...
Меньше трех дней до конца света на орбите: почему программа CRASH Clock бьет тревогу?
Сотрудники Маска уверяют, что у них все под контролем. Но эксперты сравнивают орбиту с карточным домиком. Кто же прав?...
Что стоит за таинственными аномалиями в дальневосточной тайге? Продолжаем читать походные дневники военного разведчика и писателя Владимира Арсеньева
Часть вторая: снежная гроза, феномен моретрясения и встреча со «снежным человеком»...
Темная сторона Рима: выяснилось, что Империя веками «выкачивала» здоровье из покоренных народов
Новые находки заставили ученых признать: для простых людей римский «прогресс» был скорее приговором, чем спасением. Но почему же так вышло?...
Встречи с неведомым: завершаем чтение дневников разведчика и писателя Владимира Арсеньева
Часть третья: таинственный огонь в лесу, свет из облаков, призрак в тумане и странный дым на море...
Загадочная письменность Б из пещер у Мертвого моря наконец-то расшифрована
Ученые «ломали» древний шифр эпохи Христа более 70 лет, но результат разочаровал многих. Почему?...
Первая «чернокожая британка» оказалась белой: новое исследование заставило историков полностью пересмотреть портрет женщины из Бичи-Хед
Почему ученые так сильно ошиблись с ее внешностью? И стоит ли после этого доверять реконструкциям по ДНК?...
Марс отменяется: три причины, почему российские эксперты ставят крест на Красной планете
Почему пробирка с Марса опаснее любого астероида, как галактические лучи «взрывают» мозг и при чем тут Китай? Честный разбор рисков от Российской академии наук...