» » Физики квантово запутали 15 триллионов атомов в горячем газе

Физики квантово запутали 15 триллионов атомов в горячем газе

Физики квантово запутали 15 триллионов атомов в горячем газе

Учёные сломали стереотип, что квантовая запутанность — невероятно хрупкое состояние, которое требует сверхнизких температур и изоляции одиночных атомов. Они создали запутанность в горячем газе из множества частиц и показали, что она не разрушается при их столкновениях. Новый подход может помочь в разработке сверхчувствительных датчиков, которые пригодятся всем, от врачей до астрономов.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Communications.



Хрупкое квантовое чудо

"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о том, что такое квантовая запутанность. Напомним вкратце, что состояния запутанных объектов согласованы между собой, так что, изменив состояние одного, мы можем повлиять на состояние другого (притом что информация между ними не передаётся).

Это явление очень интересует физиков. Хотя теоретически оно было предсказано многие десятилетия назад, экспериментаторы не устают снова и снова проверять, действительно ли природа ведёт себя настолько странно.

В качестве приятного бонуса человечество получает сверхчувствительные сенсоры, которые можно создать с помощью запутанных атомов.

Но есть загвоздка. Обычно считается, что квантовая запутанность — крайне хрупкое состояние, и малейшее воздействие может его разрушить. Поэтому экспериментаторы, как правило, запутывают единицы, десятки или сотни частиц. Чтобы запутанность не исчезла, "связанные одной цепью" объекты сохраняются при чрезвычайно низкой температуре. Поэтому запутанность превращается в крайне дорогое удовольствие.



Многочисленные, горячие, запутанные

Теперь физики из Испании, Венгрии и Китая бросили вызов этим представлениям, продемонстрировав запутанное состояние в горячем газообразном рубидии.

Авторы работали с образцом, содержащим более 50 триллионов атомов. По бытовым меркам это всё ещё глубокий вакуум, ведь в одном литре атмосферного воздуха содержится в миллиарды раз больше молекул. Но всё же этот эксперимент разительно отличается от предыдущих, в которых запутывалось гораздо меньше частиц.

Кроме того, вещество было разогрето до 180 градусов по Цельсию, то есть представляло собой горячий пар. Казалось бы, в таком состоянии ни о какой квантовой запутанности не может быть и речи. Но физики показали, что это не так.

В каждый момент времени около 15 триллионов атомов были запутаны между собой. Это состояние сохранялось около одной миллисекунды. Затем запутанная система распадалась, и возникала новая. При этом запутанные друг с другом атомы не обязательно были соседними: между ними могли находиться тысячи других атомов.

Отметим, что миллисекунда — это огромное по атомным меркам время, за которое каждый атом успевал около 50 раз столкнуться с соседними.

"Это ясно показывает, что запутанность не разрушается этими случайными событиями. Это, пожалуй, самый удивительный результат работы", — признаётся первый автор статьи Цзя Кон (Jia Kong) из Барселонского института науки и технологий.

Физики квантово запутали 15 триллионов атомов в горячем газе


Физики обнаружили запутанные системы из триллионов атомов в горячем паре рубидия.




Запутались спинами

В чём проявлялась квантовая запутанность атомов рубидия?

В атоме рубидия на внешнем энергетическом уровне находится один электрон. Как известно, у каждого электрона есть спин (момент импульса), имеющий направление. Условно говоря, он может быть направлен вверх или вниз.

Возьмём какой-нибудь конкретный атом и назовём его Васей. Когда Вася сталкивается с каким-нибудь из многочисленных соседей, спин его внешнего электрона может перевернуться (или не перевернуться, это непредсказуемо).

Как же на такой переворот реагируют другие атомы, образующие с Васей дружную запутанную систему? Какой-нибудь из них тут же переворачивает спин своего внешнего электрона в противоположную сторону. И это притом, что этот "переживающий за коллегу" атом сам в этот момент ни с чем не сталкивался.

То есть во всей системе, несмотря на постоянные непредсказуемые столкновения, вверх всегда направлено столько же спинов, сколько и вниз. Это и есть квантовая запутанность: состояния атомов остаются согласованными, хотя они не воздействуют друг на друга.

Экспериментаторы выяснили это, пропуская через рубидиевый пар луч лазера. Энергия фотонов была подобрана так, чтобы они не возбуждали атомов и не разрушали запутанное состояние. Но сами атомы воздействовали на фотоны, и по этому воздействию можно было определить, в какую сторону направлен спин внешних электронов.



Из лаборатории в жизнь

Иметь дело с десятками триллионов атомов при высокой температуре совсем не так дорого, как отбирать отдельные атомы и охлаждать их чуть ли не до абсолютного нуля. Поэтому авторы надеются, что их открытие со временем станет основой для разработки сверхчувствительных сенсоров (в частности, датчиков магнитного поля). Они могут пригодиться в самых разных областях: от медицинского обследования мозга до создания беспилотных автомобилей и детекторов тёмной материи.

19 май 2020 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Российские химики полностью расшифровали механизм реакции получения бензола из ацетилена

Реакция превращения ацетилена в бензол на угольных катализаторах известна уже более полутора сотен лет, однако детали этого процесса до недавних пор оставались неясны. Российские химики из Института

Что, если в центрах галактик располагаются ядра из тёмной материи?

Большинство экспертов уверено, что тёмная материя существует и состоит из неизвестных науке частиц. Но из каких именно?

Инженер Джим Элвидж считает, что мы живем в матрице

Инженер Джим Элвидж считает, что наш мир похож на матрицу. Конечно, речь не идёт о компьютерной программе, созданной роботами-паразитами, как в одноимённом фантастическом фильме. Однако мир обладает
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Триасовый ихтиозавр Guizhouichthyosaurus оказался сверххищникомИстория робототехники: как выглядели самые первые роботы?Чипирование началось: Neuralink проследила за мозговой активностью свиньиВ Японии испытали "летающий автомобиль"Голографическое кино может стать реальностью1 сентября к Земле приблизится астероид размером с многоэтажный домНа каких самолетах летают президенты США и России?Завершена проверка российского оборудования на индийских космических кораблях