Ученые обнаружили так называемый эффект квантовой ямы, - пишет sciencenews.org.
Принцип "голубиная дыра" гласит, что если три голубя живут в двух лунках, то в одной лунке должно быть две птицы. Хотя это кажется очевидным, идея помогает определить основы того, что такое числа и что значит считать вещи. Но в квантовой сфере ученые предсказали, что три «голубя» - квантовые частицы - могут втиснуться в две дырки без того, чтобы две частицы разделяли одну дырку. Это происходит благодаря действию эффекта квантовой ямы.
«Эффект квантовой ямы бросает вызов нашему базовому пониманию… Поэтому необходима четкая экспериментальная проверка, - написали соавторы исследования Чао-Ян Лу и Цзянь-Вэй Пан - физики из Университета науки и технологии Китая в Хэфэй, по электронной почте. - У квантовой ямы может быть потенциальное применение для поиска более сложных и фундаментальных квантовых эффектов».
В исследовании три фотона заняли место голубей. Вместо того, чтобы вмещать фотоны в дыры, исследователи изучали поляризацию частиц или ориентацию колеблющихся электромагнитных волн фотонов, которые могут быть как горизонтальными, так и вертикальными. Поскольку было три фотона и две поляризации, стандартная математика предполагает, что по крайней мере два должны иметь одинаковую поляризацию. Когда ученые сравнили поляризацию частиц, команда обнаружила, что нет двух совпадающих частиц, что подтвердило реальность эффекта квантовой ямы.
Такое удивительное поведение является результатом комбинации и без того странных квантовых эффектов. В начале эксперимента фотоны находятся в так называемой суперпозиции, то есть они поляризованы как по горизонтали, так и по вертикали одновременно. Когда сравниваются поляризации двух фотонов, измерение вызывает эфирные связи между частицами, известные как квантовое запутывание. Эти противоречивые свойства позволяют частицам делать немыслимые вещи.
Хотя результат не является первым экспериментальным подтверждением идеи, он закрепляет предыдущие достижения. «Я считаю, что этот документ - лучший эксперимент, выполненный до сих пор», - говорит Джефф Толлаксен из Университета Чепмена в Оранже (штат Калифорния), который входил в группу физиков-теоретиков, первоначально предположивших этот эффект в 2014 году.
Исследование является первым, подтверждающим, что «квантовые голуби» ведут себя странно только при определенных условиях. Толлаксен и его коллеги предсказали, что для получения эффекта измерение поляризаций должно быть мягким, чтобы не возмущать тонкие квантовые частицы. Новая работа подтвердила, что измерение должно быть слабым для возникновения эффекта.
Квантовая механика известна своими странными парадоксами на тему
животных - как правило, с участием кошек. Кот Шредингера - это
звезда знаменитой головоломки, в которой кошка кажется
одновременно живой и мертвой. И квантовые «чеширские кошки»
появляются, когда частицы отделяются от своих свойств, подобно
тому, как улыбка кошки Алисы в Стране Чудес отделяется от ее
лица. Как и весь квантовый зверинец, эффект квантовой ямы
«демонстрирует нечто чрезвычайно удивительное, на первый взгляд
кажущееся невозможным», - говорит Толлаксен.
[Фото: sciencenews.org]
