Эксперимент с 37 измерениями подтвердил, что квантовая физика гораздо более удивительна, чем предполагалось ранее.

Физики разработали световые частицы, которые в действительности существуют одновременно в 37 измерениях, чтобы протестировать крайний вариант квантового парадокса. Согласно ученым, данный эксперимент продемонстрировал, что квантовая физика значительно отличается от классической физики больше, чем многие предполагали. Исследование опубликовано в журнале Science Advances, сообщает New Scientist.

Авторы исследования сосредоточились на парадоксе Гринбергера-Хорна-Цайлингера (ГХЦ), который демонстрирует, что квантовые частицы могут оставаться связанными на значительных расстояниях. В самой простой версии парадокса три частицы соединены с помощью квантовой запутанности, уникальной связи, позволяющей наблюдателям узнать что-то о одной частице, взаимодействуя с двумя другими.

Как показали предыдущие эксперименты, ситуация, когда частицы могут воздействовать друг на друга только при непосредственной близости, то есть когда квантовая запутанность недоступна, приводит к математическим парадоксам. На самом деле, парадокс можно выразить через вычисление, заканчивающееся равенством 1 и -1, что невозможно. В 90-х годах прошлого века физики осознали, что единственный способ избежать таких парадоксов — это признать, что частицы могут участвовать в квантовой запутанности.

Авторы исследования стремились создать наиболее экстремальную версию этого парадокса на сегодняшний день. В частности, они хотели найти состояния фотонов или световых частиц, поведение которых в эксперименте с ГХЦ будет наибольшим образом отличаться от поведения частиц классической физики.

Расчеты показали, что фотоны должны находиться в квантовых состояниях, столь же сложных, как если бы они существовали в 37 измерениях. Точно так же, как ваше текущее состояние можно определить с помощью трех пространственных измерений и одного измерения времени, для определения состояния каждого фотона необходимо использовать 37 таких измерений.

Физики проверили эту гипотезу, преобразовав многомерную версию парадокса ГХЦ в серию импульсов очень когерентного света; то есть света, который невероятно равномерный по цвету и длине волны, и которым ученые затем могли управлять.

Физики утверждают, что состояние, закодированное светом, и его измерения управляются одной и той же математикой, лежащей в основе квантовой физики. Таким образом, эксперимент может производить некоторые из самых неклассических эффектов в квантовом мире. Этот тип квантового моделирования технически очень сложен и требует высоко стабильных и точно откалиброванных устройств.

Ученые считают, что результаты эксперимента могут оставаться актуальными и через 100 лет. Помимо исследования границ квантовости, новая работа может также иметь последствия для использования квантовых состояний света и атомов в обработке информации, например, в квантовых вычислениях.