Сразу три команды физиков из Венгрии, Швейцарии и Австрии поставили новый рекорд по числу частиц, объединенных в единое целое на квантовом уровне – им удалось запутать сразу несколько тысяч атомов, говорится в статьях, опубликованных в журнале Science.
Квантовое запутывание — это особое состояние материи, наблюдавшееся до сих пор только у элементарных частиц, поведение которых описывается законами квантовой механики отличными от классических законов движения, выведенных Ньютоном. В состоянии квантового запутывания могут находиться две и более частиц, атомов или ионов.
Запутывание проявляется в том, что, будучи разделенными большими расстояниями, на которых никакие физические силы их уже не связывают, частицы ведут себя так, как будто между ними происходит какое-то взаимодействие, а изменение состояния одной частицы в системе приводит к закономерному изменению состояния другой. Как именно и с какой скоростью происходит передача информации о состоянии одной частицы к другой, ученым пока неизвестно.
За последние годы ученые научились «запутывать» между собой две, три и около 20-30 частиц, однако при значительном превышении этой планки начинаются проблемы, которые мешали созданию систем из нескольких сотен запутанных атомов и ионов. Только два года назад физикам удалось преодолеть этот барьер, используя специальные ловушки, удерживавшие атомы на одном месте во время их «склеивания» в единую квантовую сущность.
Подобный процесс приводит к формированию экзотической формы материи, так называемого конденсата Бозе-Эйнштейна. Он представляет собой набор из множества отдельных частиц, ведущих себя как единое целое и обладающих свойствами одиночного атома благодаря законам квантового мира.
Физики достаточно давно научились создавать подобную субстанцию, однако до настоящего времени они не понимали, как можно управлять положением ее отдельных элементов и можно ли это делать в принципе.
Ученые из Венгрии, Швейцарии и Австрии нашли три разных способа считывать некоторые свойства отдельных атомов в разных частях конденсата Бозе-Эйнштейна, научившись разбивать его на части и манипулировать положением отдельных групп частиц, не нарушая при этом связей между ними.
Используя эти «трюки» и принцип неопределенности Гейзенберга, один из краеугольных камней квантовой механики, физики смогли доказать, что полученные ими «кучки» атомов действительно связаны друг с другом и представляют «неделимое» квантовое целое.
Это, в свою очередь, говорит о том, что конденсат Бозе-Эйнштейна можно использовать в качестве основы для сложных квантовых вычислительных устройств и систем передачи информации. Вдобавок, столь большое число запутанных атомов во всех трех экспериментах говорит о том, что граница между квантовым и «обычным» миром пролегает гораздо дальше, чем предполагали ученые, если она существует в реальности, в чем многие физики сегодня сомневаются.
