Научно-технический университет Китая (USTC) завершил столетний теоретический спор, реализовав мысленный эксперимент с беспрецедентной точностью.
История квантовой физики, кажется, совершила полный оборот. Спустя почти век после жарких дебатов 1927 года группа исследователей из Поднебесной под руководством академика Пань Цзяньвэя сделала то, что долгое время оставалось лишь на бумаге: воплотила в жизнь знаменитый мысленный эксперимент Альберта Эйнштейна.
Результаты, полученные с помощью ювелирно настроенного одноатомного интерферометра, вновь — и теперь уже окончательно — подтвердили правоту его вечного оппонента, Нильса Бора. Эксперимент наглядно показал то, с чем так трудно смириться нашему повседневному опыту: микромир категорически отказывается раскрывать все свои карты одновременно.
Читайте: Теория Эйнштейна подтвердилась – Что скрывают гравитационные волны
Суть противоречия Эйнштейн и Бора
Перенесёмся в 1927 год, когда Эйнштейн твёрдо стоял на своём: мы можем подсмотреть траекторию фотона, не разрушая при этом его волновую интерференционную картину.
Бор же парировал довольно жёстко, утверждая, что Вселенная устроена иначе. Нельзя усидеть на двух стульях — некоторые свойства материи в рамках одного измерения фундаментально несовместимы.
Любопытно, что понадобилось почти 100 лет, чтобы через лабораторию USTC передать привет Бору: «Ты был прав».
По сути, перед нами переосмысление классического опыта с двумя щелями, где свет ведёт себя то как частица, то как волна. Хитрость Эйнштейна заключалась в идее добавить в схему подвижный, сверхлёгкий элемент.
Он должен был регистрировать микроскопический толчок («отдачу») от фотона и тем самым выдавать, через какую именно щель пролетела частица. Разумеется, в 20-е годы прошлого века детекторов такой чувствительности не существовало даже в чертежах.
Пань Цзяньвэй и его коллеги нашли изящный выход. Они поймали в лазерную ловушку одинокий атом рубидия (стандартной «рабочей лошадки» квантовой оптики) и охладили его до температур, близких к абсолютному нулю. Именно этот атом и взял на себя роль эйнштейновской «подвижной щели».
Итог оказался кристально чистым
Стоило чуть ослабить хватку ловушки, позволив атому колебаться и выдавать траекторию фотона, как магия волн исчезала — интерференционная картинка рассыпалась.
Но как только атом жёстко фиксировали, лишая его возможности «болтаться», путь частицы снова становился тайной, и интерференция возвращалась. Всё ровно так, как предсказывала копенгагенская школа.
В сопроводительной статье Американского физического общества (APS) этот эффект объяснили через «настройку неопределённости импульса»: меняя параметры ловушки, учёные буквально управляют резкостью интерференционных полос, что полностью согласуется с теорией.
Новые горизонты
Конечно, никто и не ждал, что этот опыт перевернёт физику — победу Бору присудили давно.
Ценность работы в другом: она создаёт один из самых «чистых» полигонов для изучения капризных нюансов теории.
Обладая таким контролем над единственным атомом, физики получают редкий шанс детально рассмотреть, как именно квантовые системы теряют когерентность или запутываются с окружающей средой.
Как отмечают в APS, установка позволяет заглянуть в «менее изученные уголки квантовой механики», например, разобраться во взаимосвязи запутанности и декогеренции. И это уже далеко не просто философские споры.
Понимание того, как и почему разрушаются хрупкие квантовые состояния, критически важно для инженеров: без этого знания нам вряд ли удастся создать стабильные кубиты для квантовых компьютеров или построить надёжные сети связи будущего.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU