Ученые показали квантовый «инь и ян»
Исследователи разработали уникальную технику визуализации, которая позволила впервые в истории наблюдать и отображать две запутанные квантовые частицы света в реальном времени. Их визуальное представление напоминало «инь-ян», символизирующий гармонию и взаимодействие двух противоположностей, пишет Livescience.
Разработанный метод под названием бифотонная цифровая голография использует высокоточную камеру и может сильно ускорить будущие квантовые измерения.
Квантовая запутанность — это особый феномен, который проявляется в странной связи между двумя частицами, даже если они находятся на большом удалении друг от друга. Два световых фотона могут быть связаны таким образом, что изменение одного фотона мгновенно влияет на другой, независимо от расстояния между ними.
Для точных предсказаний о поведении квантовых объектов физикам необходимо определить их волновую функцию. Волновая функция — это описание состояния объекта, которое может существовать в суперпозиции различных возможных физических значений. Однако при работе с запутанными частицами сложно определить волновую функцию, так как любое измерение на одной частице мгновенно влияет на другую. Запутанность усложняет поиск и понимание состояния таких квантовых систем.
Физики использовали квантовую томографию, чтобы преодолеть это препятствие. Они применили проекции к сложному квантовому состоянию и измерили некоторые его свойства, такие как поляризация или импульс, в отдельности от остальных частей системы. Это позволяет получить информацию о состоянии квантового объекта, максимально избегая влияния запутанности.
Повторяя эти измерения на нескольких копиях квантового состояния, физики могут создать ощущение оригинала на основе фрагментов более низкого измерения, будто реконструируя форму трехмерного объекта по двумерным теням, которые он отбрасывает на окружающие стены.
Хотя этот процесс дает всю нужную информацию, он также требует много измерений и выдает «запрещенные» состояния, которые не соответствуют законам физики. Ученым приходится кропотливо отсеивать бессмысленные, нефизические состояния. Это может занять часы или даже дни, в зависимости от сложности системы.
Поэтому исследователи использовали голографию для кодирования информации из более высоких измерений в более низкие. Оптические голограммы создают трехмерное изображение с помощью двух световых лучей и интерференции. Используя аналогичный метод, физики получили изображение состояния запутанного фотона через интерференционную картину.
Исследователи сняли полученное изображение с использованием камеры с наносекундной точностью и разобрали полученную интерференционную картину — «инь-ян» двух запутанных фотонов. Таким образом, голография позволяет визуализировать и изучать состояния запутанных квантовых объектов.
Этот метод работает намного быстрее, чем предыдущие, требуя всего несколько минут или секунд вместо дней.
Посмотрите на самые неоднозначные разработки ученых в сфере технологий за последнее время. Среди них есть видеокамера для жуков и даже искусственный нос:
