Ученые-физики из Стэнфордского университета, возглавляемые Марком Касевичем (Mark Kasevich) успешно провели измерения параметров так называемой корреляции Белла (Bell correlation) в самой большой на сегодняшней день квантовой системе, которая состояла из 500 тысяч атомов, охлажденных до температуры в 25 микроКельвинов. Присутствие корреляций Белла в системе указывает на то, что все атомы квантовой системы связаны друг с другом и эти взаимосвязи носят не локальный характер, а действуют в масштабе всей системы. Этот эффект, в свою очередь, можно использовать в будущем для построения квантовых информационных систем или в оборудовании, предназначенном для исследований еще неизвестных аспектов квантовой механики.

«Наши исследования являются еще одной демонстрацией богатства квантовых состояний в системах, состоящих из многих квантовых частиц» – рассказывает Марк Касевич, – «К сожалению, современная наука обладает еще очень ограниченным кругом знаний в этой неизведанной области».

Для того, чтобы использовать явление корреляции квантовых частиц на практике, необходимо иметь возможность измерения уровня этих корреляций. До последнего времени единственным способом таких измерении был метод измерения корреляций между отдельно взятыми атомами или другими частицами. Но несколько лет назад ученые-физики предложили новый метод группового измерения корреляций Белла, который позволяет определить так называемые «коллективные» свойства квантовой системы. При помощи этого метода в прошлом году ученые-физики продемонстрировали наличие и измерили параметры корреляций Белла в конденсате Бозе-Эйнштейна, состоящем приблизительно из 500 атомов.

Сейчас же ученым удалось поднять количество атомов в квантовой системе до рекордного количества в 500 тысяч. Для этого они использовали процесс, называемый спин-сжатием. Эксперимент начался с перевода всех атомов в состояние квантовой суперпозиции, в котором квантовой характеристикой являлся спин атома, его направление вращения. После этого, при помощи некоторых физических уловок, ученые начали снижать (сжимать) уровень неопределенности одного из квантовых значений. Проведя затем измерения коллективных спин-свойств системы в целом, ученые определили, что спин-состояния атомов подвержены корреляции, что выходит за пределы законов классической физики.

Пока еще неясно, как глобальные корреляции Белла в таких больших квантовых системах могут быть использованы в практических целях. В гораздо меньших системах такие явления используются для генерации случайных чисел, для квантового шифрования данных и т.п. Однако ученые считают, что использование разработанных новых экспериментальных методов позволит им и другим ученым начать изучение неизведанных ныне аспектов квантовой механики. Кроме этого, все подобные явления можно будет использовать для создания сверхвысокочувствительных датчиков различных физических величин, которые практически не будут иметь собственных шумов.