..И это проливает свет на особенности измерения квантовых состояний в системах атом — фотон.

Принцип суперпозиции впервые был продемонстрирован Отто Штерном и Вальтером Герлахом, наблюдавшими феномен спина в атомах серебра. Суперпозиция сводится к реализации двух взаимоисключающих состояний, одновременное проявление которых невозможно. Спин — собственный момент импульса элементарных частиц — в состоянии суперпозиции «указывает» более чем в одном направлении, причём одновременно. Очень грубой аналогией может стать компас, глядящий одномоментно и на север, и на юг.

Рои Озери (Roee Ozeri) с коллегами по Институту Вейцмана в Реховоте (Израиль) исследовали коллапс спина в атомах с помощью измерения параметров рассеиваемых атомом фотонов.

Согласно полученным результатам, направление, которое фотон получит, покидая облучаемый лазером атом, зависит от направления, которое спин имел в момент коллапса суперпозиции.

Рис. 1. В зависимости от поляризации фотона все спины атомов коллапсируют в одно из двух состояний, однако до измерения они находятся в обоих состояниях одновременно. (Здесь и ниже иллюстрации Roee Ozeri et al.)

Затем исследователи измерили поляризацию излученного фотона и обнаружили, что наблюдаемая поляризация предопределяет влияние измерения на спин атома в рамках эксперимента.

Теоретически это должно означать, что наблюдатель может повлиять на коллапс суперпозиции просто настройкой ориентации его, наблюдателя, аппарата, измеряющего поляризацию рассеянных такими атомами фотонов.

Рис. 2. Схема экспериментальной установки.

Такое «действие на расстоянии» было бы невозможно, если бы между спином исследуемого атома и излучаемыми им при измерении фотонами не существовало квантовой запутанности. Иными словами, даже после того, как фотоны и атомы разделились, поляризация фотонов сохраняет прямое влияние на спин атома и её изменение моментально корректирует спин.

Эксперимент позволяет углубить наше понимание процессов измерения в квантовых системах и показывает возможность воздействия измерением на состояния, коллапс которых закончился ещё до собственно измерения.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science.