Фізики наблизилися до розгадки, як функціонує таємничий "моторошний" квантовий стан.

Квантове світло показало, що заплутаність, яка може нерозривно пов'язувати дві віддалені частинки, може бути еквівалентна такій ж дивній квантовій властивості однієї частинки. Це відкриття може стати в нагоді для розробки нових квантових технологій і допомогти фізикам зрозуміти, чому частинки можуть спочатку перебувати в стані квантової заплутаності. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише New Scientist.

За словами вчених, квантовий світ функціонує способами, які принципово відрізняються від знайомих законів класичної фізики. Вчені вивчили два основні приклади дивної квантової поведінки, відомі як контекстуальність і нелокальність.

Контекстуальність означає, що результат вимірювання квантового об'єкта залежить від того, які інші вимірювання виконуються над ним в той же час. Нелокальність означає, що вимірювання властивостей одного квантового об'єкта, наприклад, частинки, може миттєво розкрити щось про інший об'єкт, навіть якщо він знаходиться дуже далеко. Цю квантову заплутаність іноді називають "моторошною дією на відстані", і фізики поки що не прийшли до єдиного думки, як вона працює.

Автори нового дослідження показали, що одна з цих властивостей може бути перетворена в іншу. Фізики використовували пари квантово заплутаних частинок світла, або фотонів. Вони помістили кожен фотон у квантовий стан, який мав складні обертальні властивості: якби ці фотони були частиною пучка світла, цей пучок був би закручений у формі спіралі.

Чим більш закрученими робили фізики фотони, тим складнішими ставали їхні квантові стани. Фактично, їм вдалося зробити так, що квантові стани фотонів мали до шести вимірів, тобто так, ніби фотон існував у шестивимірному квантовому світі.

Оскільки фотони були квантово заплутані, фізики знали, що вони відчують нелокальність. Наприклад, змушуючи один з фотонів проходити через детектор, який змінював його властивості, вчені завжди відразу дізнавалися про відповідні нові властивості іншого фотона без необхідності його вимірювати. Щоб пов’язати це з контекстуальністю, фізики використовували математичний підхід перетворення між нелокальністю та контекстуальністю.

Вчені створили формулу, в яку вони могли вставляти свої вимірювання, щоб перевірити, чи працює перетворення. Фізики виявили, що воно працює. Таким чином, вчені показали, що квантова заплутаність може бути багатовимірною. Це відкриття відповідає давнім припущенням.

Автори дослідження стверджують, що зв'язок між контекстуальністю і нелокальністю не вивчався так само добре, як квантова заплутаність, але вона може бути ключем до розуміння того, як працює цей "моторошний" квантовий стан.

Який механізм дозволяє двом квантово заплутаним фотонам зберігати свої властивості пов'язаними, навіть коли вони знаходяться далеко один від одного? Цей експеримент наближає вчених до відповіді на одне з головних питань квантової фізики.

Також нове дослідження може мати практичні наслідки. Фізики вважають, що їхні результати можуть бути корисними для розробки таких технологій, як надзахищена квантова зв'язок, ефективна квантова криптографія та деякі типи квантових обчислень.