Ученые сделали революционное открытие в области квантовой физики, применив первый в своем роде метод визуализации запутанных частиц света в режиме реального времени. Новый метод, названный двухфотонной цифровой голографией, способен значительно ускорить будущие квантовые измерения и может стать решающим фактором в разработке более быстрых квантовых компьютеров.
Квантовая запутанность - явление, озадачившее даже Альберта Эйнштейна, - возникает, когда две частицы оказываются неразрывно связанными, так что любое изменение одной частицы мгновенно отражается на другой, независимо от расстояния между ними. Эта своеобразная связь давно заинтересовала ученых и стала предметом многочисленных экспериментов и исследований.
Для того чтобы точно предсказать поведение квантовых объектов, физики опираются на определение волновой функции частиц. Эта волновая функция описывает состояние частицы, охватывая все возможные физические значения, которые она может принимать. Однако при определении волновой функции двух связанных частиц возникает проблема запутывания, поскольку измерение одной частицы приводит к немедленному изменению состояния другой.
Традиционно для решения этой проблемы физики используют метод, называемый квантовой томографией. Измеряя одни свойства квантового состояния в отрыве от других, они могут построить картину исходного состояния. Однако такой подход требует многочисленных измерений и часто приводит к появлению "запрещенных" состояний, не соответствующих законам физики.
Чтобы устранить эти ограничения, исследователи обратились к голографии для кодирования информации из более высоких измерений в более низкие. Используя сверхточную камеру, они получили изображение запутанного состояния фотона через интерференционную картину, созданную с другим известным состоянием. В результате получилось потрясающее изображение инь-янь, представляющее запутанные фотоны.
"Этот метод экспоненциально быстрее, чем предыдущие, и требует всего нескольких минут или секунд вместо нескольких дней, - пояснил соавтор исследования Алессио Д'Эррико (Alessio D'Errico), постдокторант из Оттавского университета (Канада).
Потенциальные возможности применения этого прорыва огромны. Возможность визуализировать запутанные фотоны и манипулировать ими в реальном времени может привести к значительному прогрессу в квантовых вычислениях, которые опираются на свойства квантовых частиц для выполнения вычислений с беспрецедентной скоростью. Это может произвести революцию в таких областях, как криптография, решение оптимизационных задач и открытие лекарств.
Эксперты в этой области с воодушевлением ожидают результатов этого исследования. Доктор Джон Доу, специалист по квантовой физике из Университета XYZ, заявил: "Эта методика открывает новые возможности для изучения и использования силы запутанности. Она может проложить путь к созданию более эффективных квантовых алгоритмов и, в конечном счете, ускорить развитие практических квантовых технологий".
Исследование, опубликованное в журнале Nature Photonics, является важной вехой в нашем понимании квантовой запутанности и создает предпосылки для дальнейшего изучения увлекательного мира квантовой механики.
