Физика

15 триллионов квантовых запутанных атомов создают рекордный горячий беспорядок

Квантовая запутанность - это явление столь же странное, сколь и хрупкое. Считается, что запутанные частицы теряют эту необъяснимую связь при воздействии внешних факторов. Но теперь физикам удалось создать горячие облака из триллионов запутанных атомов, побив количественные рекорды и показав, что запутанность не так хрупка, как считалось ранее.

Пары или группы частиц могут стать настолько переплетенными, что измерение состояния одного из них немедленно изменит свойства других, независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга. Это уже звучит достаточно странно, но последствия угрожают разрушить все наше понимание физики. Каким-то образом, кажется, что информация передается между ними гораздо быстрее, чем скорость света, что должно быть невозможно.

Сам Эйнштейн сначала не поверил этому, высмеивая его как “жуткое действие на расстоянии” и вместо этого обвиняя скрытые переменные. Но десятилетия экспериментов показали, что квантовая запутанность-это действительно реальная вещь, и мы уже начинаем использовать это явление для новых технологий, таких как более быстрые и безопасные коммуникационные сети.

Но одна из проблем заключается в том, что эта связь между частицами очень переменчива, поэтому мельчайшие возмущения от других частиц или событий могут их распутать. Чтобы этого не произошло, большинство экспериментов и технологий, использующих квантовую связь, могут работать только при сверхнизких температурах - близких к абсолютному нулю (-273,15 °C, -459,67 °F). На этом этапе практически все движение останавливается, поэтому никаких помех для разрыва связи нет.

Конечно, такое экстремальное охлаждение непрактично для коммерческих или потребительских товаров, поэтому ученые пытаются найти способы сделать возможным квантовое запутывание при более высоких температурах. Прошлые исследования были успешными при комнатной температуре , и теперь это было сделано в еще более жарких условиях.

Новое исследование было проведено исследователями из ICFO, Университета Ханчжоу Дяньцзи и Технического университета Валенсии. Команда смешала металлический рубидий с газообразным азотом и нагревала его до 176,9 °C. При этой температуре металл испаряется, заставляя свободные атомы рубидия плавать вокруг камеры. Там они запутываются друг с другом, и команда может измерить эту запутанность, направляя лазер сквозь газ.

Исследователи наблюдали до 15 триллионов запутавшихся атомов в газе, что, по их словам, примерно в 100 раз больше, чем в любом другом эксперименте. Интересно, что спутанность, казалось бы, связывает атомы, которые не обязательно близки друг к другу - между любой данной парой находятся тысячи других атомов, каждый со своими партнерами.

Исследователи нагрели металлический рубидий и газообразный азот до высоких температур, чтобы создать облако горячих атомов рубидия, которые были квантово запутаны

Но самая интригующая часть исследования заключается в том, что запутанное состояние может быть не таким хрупким, как думали ученые. В этом горячем энергетическом газе атомы постоянно отскакивают друг от друга, но квантовые связи остаются. Кажется, что столкновения не разрушают запутанность, а передают ее другим атомам.

"Если мы остановим измерение, запутанность останется примерно на одну миллисекунду, что означает, что 1000 раз в секунду запутывается новая партия из 15 триллионов атомов", - говорит Цзя Конг, первый автор исследования. "И вы должны думать, что 1 мс - это очень долгое время для атомов, достаточно долгое, чтобы произошло около 50 случайных столкновений". Это ясно показывает, что спутанность не разрушается этими случайными событиями. Это, возможно, самый удивительный результат работы".

Команда говорит, что это открытие может помочь в нескольких областях. В частности, магнитоэнцефалография, которая представляет собой метод магнитной визуализации головного мозга, который использует эти виды газов для обнаружения чрезвычайно слабых магнитных сигналов от мозговой деятельности.

"Этот результат является неожиданным, реальным отклонением от того, что все ожидают от запутанности", - говорит Морган Митчелл, автор исследования. "Мы надеемся, что такое гигантское запутанное состояние приведет к улучшению работы датчиков в различных областях применения - от визуализации мозга до самостоятельного вождения автомобилей для поиска темной материи".

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

Back to top button