Квантові системи завжди матимуть таємниці: фізики підтвердили теорію фотонів.

На початку XX століття фізик Нільс Бор припустив, що, хоча частинки світла, тобто фотони, мають подвійний характер, ведучи себе і як хвиля, і як частинка, неможливо одночасно спостерігати цю подвійність. Це називається принципом додатковості. 10 років тому фізики показали, що ця подвійність пов'язана з ентропійною невизначеністю. Іншими словами, певна інформація про фотон, наприклад, чи є він хвилею чи частинкою, завжди залишатиметься невідомою. Ентропійна невизначеність пов'язує принцип додатковості зі ступенем невідомої інформації в квантовій системі. Ступінь невідомої інформації — це межа того, що можна знати про квантову систему в даний момент часу. Передбачалося, що квантові системи завжди зберігають певний рівень непередбачуваності або ж завжди приховують деякі таємниці. Досі це була лише теорія. Тепер же фізики під час експерименту підтвердили, що подвійна природа фотонів дійсно регулюється ентропійною невизначеністю. Дослідження опубліковано в журналі Science Advances, пише Iinteresting Engineering.

Фізики припустили, що фотони під час кругового руху з більшою ймовірністю відкриють інформацію про свою подвійність, ніж під час коливальних рухів вгору-вниз. Тому вчені під час експерименту направляли фотони, що рухаються по колу, в інтерферометр.

Інтерферометр — це пристрій, який розділяє промінь світла так, що він рухається двома маршрутами, а потім з'єднується в одному місці. Усередині інтерферометра фотони спочатку проходили через кристал, який діяв як перший розділювач проміння світла. Обидва маршрути проміння світла відбивалися і перетиналися один з одним на іншому розділювачі світла.

Залежно від того, як налаштований другий розділювач світла, фотони можна виміряти або як хвилі, або як частинки. Але фізики вирішили виміряти подвійний характер фотонів одночасно за допомогою спеціальної настройки другого розділювача світла.

Вченим вдалося побачити поведінку фотонів у вигляді хвилі і в вигляді частинки одночасно, але лише частково. Чим краще вдавалися спроби виміряти хвильову природу фотона, тим гірше вдавалося вимірювання природи фотона як частинки.

Цей експеримент показав, що, як би не намагалися фізики, ніколи не можна повністю спостерігати одночасно подвійний характер фотона в квантовій системі. Певна інформація завжди залишається невизначеною, що також є основною ідеєю ентропійної невизначеності.

Новий експеримент не тільки показав зв'язок між принципом додатковості і ступенем невідомої інформації, але й пов'язав квантову теорію з теорією інформації.

Це дослідження пояснює поведінку фотонів у квантовому масштабі, і фізики вважають, що результати їх експерименту можна використовувати для розробки кращих способів зберігання, обробки та передачі інформації, заснованих на квантових обчисленнях.