Ученые в Китае возродили задачу Эйнштейна 1927 года с помощью установки с одним атомом, подтвердив правило Бора и открыв новые пути в квантовой физике.
Квантовая физика только что совершила полный круг, творившийся целое столетие.
Группа исследователей из Китайского университета науки и технологий (USTC) реконструировала одну из самых известных попыток Альберта Эйнштейна найти уязвимые места в квантовой теории, и результаты полностью соответствуют взглядам Нильса Бора.
Используя чрезвычайно чувствительный одноатомный интерферометр, исследователи под руководством Пань Цзяньвэя с беспрецедентной точностью перенесли мысленный эксперимент Эйнштейна 1927 года в реальный мир.
Их установка в очередной раз показывает, что квантовый мир отказывается позволить нам увидеть все сразу.
Эйнштейн утверждал, что можно определить траекторию фотона, не разрушая картину интерференции его волн.
Бор возразил, что Вселенная просто не устроена таким образом, поскольку некоторые её свойства фундаментально несовместимы в рамках одного измерения. Почти 100 лет спустя китайская группа обнаружила, что природа встала на сторону Бора.
В заявлении, цитируемом South China Morning Post (SCMP), рецензенты работы назвали эксперимент «значительным вкладом в основы квантовой механики», назвав его «прекрасным» и «хрестоматийным воплощением мысленного эксперимента столетней давности».
Возвращается эхо века
Проект переосмысливает культовый эксперимент с двумя щелями, в котором отдельные фотоны ведут себя и как частицы, и как волны.
Изюминкой Эйнштейна стало введение в установку подвижного, сверхлегкого объекта, который мог регистрировать слабый «толчок» фотона и показывать, какую щель он использовал.
В 1927 году ни один детектор на Земле не обладал достаточной чувствительностью, чтобы измерить эту отдачу.
Команда Пана решила эту проблему, поймав один атом рубидия в лазерный луч и охладив его почти до абсолютного нуля. Этот одинокий атом фактически стал подвижной щелью Эйнштейна.
Когда атом удерживался неплотно, он колебался ровно настолько, чтобы выдать траекторию фотона. Но интерференционная картина исчезала.
Когда атом был плотно ограничен, колебание исчезло, путь фотона стал неизвестным, и интерференция вернулась, точно так, как и предсказывал Бор.
«Настраивая неопределенность импульса фотонов», — поясняется в сопутствующей статье Американского физического общества (APS), команда Пана может «сделать полосы более или менее размытыми, в соответствии с теорией».
Новые двери открываются
Хотя результат не опровергает квантовую механику (Бор давно выиграл этот спор), он создает один из самых чистых испытательных стендов для исследования тончайших аспектов квантовой теории.
Контроль одного атома в ходе эксперимента дает физикам редкую возможность изучать, как квантовые системы теряют свою когерентность или запутываются с окружающей средой.
Согласно статье APS, установка «имеет потенциал для исследования других, менее изученных аспектов квантовой механики», включая то, как запутанность и декогеренция влияют друг на друга.
Эти вопросы имеют значение, выходящее далеко за рамки академических дебатов.
Понимание того, как деградируют квантовые состояния, может помочь в разработке более стабильных кубитов, создании сверхточных датчиков и совершенствовании сетей квантовой связи.
Результаты были опубликованы в Physical Review Letters.
Sourse: interestingengineering.com
