Физики создадут состояние квантовой запутанности при помощи зеркал

Роман Шнабель, профессор физики из Института астрономии гравитационных волн Общества Макса Планка в Германии, вместе со своими коллегами предложил новый способ, посредством которого можно будет ввести в состояние квантовой запутанности не частицы, а целые макрообъекты.

Напомним, что явление квантовой запутанности, подразумевающее особую связь между двумя частицами, было впервые описано ещё в 1930-х годах и выставлено в виде парадокса мысленным экспериментом Эйнштейна, Подольского и Розена. С тех пор учёные уже успели экспериментально доказать, что квантовая запутанность на уровне частиц действительно работает, однако до сих пор никому не удавалось продемонстрировать этот эффект на относительно крупных объектах.


Гипотеза Шнабеля и его команды изложена в статье, опубликованной в журнале Physical Review A. Пока что она представляет собой лишь математическое описание возможности, и учёные по-прежнему работают над её экспериментальным доказательством.

В случае успеха физики введут в состояние квантовой запутанности два зеркала массой по сто граммов каждое. Это будет уникальным примером того, как квантовое явление воздействует на крупные объекты макромира.

Шнабель и его коллеги планируют разместить два зеркала на интерферометре Майкельсона-Морли таким образом, чтобы на обе стороны обоих зеркал попадал особым образом направленный свет лазера (для этого в каждом зеркале буду проделаны отверстия). Также необходимо будет разместить зеркала на интерферометре так, чтобы они осциллировали (колебались) при попадании фотонов на их поверхности.

Это позволит импульсу передаться между зеркалами и светом. Колебания зеркала окажут затем влияние на фазу отражённого света, в результате чего переданный импульс и свет в интерферометре окажутся в состоянии квантовой запутанности. В этот момент состояние квантовой запутанности может передаться зеркалам, и уже они испытают на себе этот эффект (установить это можно будет по исходящему из системы свету).

Два луча лазера войдут в интерферометр (ИМ) слева, пройдя сквозь зеркала PRM. Два "запутываемых" зеркала показаны голубым вдоль диагонального плеча ИМ. Каждое зеркало имеет отверстие, через которое проходит свет (пунктир): так он попадает на обе стороны каждого зеркала. Выходы интерферометра показаны в нижней части диаграммы. Свет при этом проходит через два зеркала SRM (иллюстрация Roman Schnabel/Physical Review A).

Проверить, действительно ли проявилась квантовая запутанность, по словам учёных, можно следующим образом: необходимо выключить первичный источник света, чтобы заставить систему работать ещё на протяжении короткого периода времени (несколько миллисекунд), прежде чем провести ещё одно измерение, а затем повторять все действия снова и снова после того, как один из светоделителей будет выключен.

Доктор Шнабель и его команда уже начали работу над практической реализацией, но физики отмечают, что прежде чем они смогут провести такой эксперимент, необходимо будет преодолеть некоторые практические препятствия. К примеру, нужно будет придумать, как охладить всю эту систему, ведь квантовые эффекты проявляются при температурах, близких к абсолютному нулю. К тому же, надо будет сделать так, чтобы внешняя среда (с её теплом) не возымела никакого эффекта на эксперимент.