Физики Университета Варшавы создали многомерное состояние запутанности единственного фотона и триллиона раскаленных атомов рубидия, пролив свет на парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена. Это состояние удалось сохранить в течение нескольких микросекунд.

Трое ученых в Лаборатории квантовой памяти впервые создали состояние запутанности макроскопического объекта — группы из примерно триллиона атомов, и отдельного фотона, частицы света.

«Отдельные фотоны, рассеянные в ходе взаимодействия лазерного луча с атомами, записываются на чувствительную камеру. Один записанный фотон несет информацию о квантовом состоянии всей группы атомов. Эти атомы можно сохранять, и их состояние может быть восстановлено по необходимости», — говорит Махал Дабровски, соавтор статьи.

Результат этого эксперимента подтверждает то, что атомы и единственный фотон находятся в связанном, запутанном состоянии. Измеряя координаты и импульс фотона, физики получили всю информацию о состоянии атомов. Для того чтобы подтвердить это, польские ученые перенесли атомное состояние на другой фотон, который также был измерен при помощи камеры.

Фото: UW Physics, Mateusz Mazelanik

«Мы продемонстрировали парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена в очень близкой форме к тому, что было предложено в 1935 году, однако, мы расширили эксперимент, добавив хранение света в большой группе атомов. Атомы хранят фотон в форме волны из атомных спинов, состоящей из триллиона атомов. Такое состояние очень устойчиво к потере одного атома, поскольку информация распространяется по такому большому числу частиц», — рассказал Михал Парниак, участник исследования.

В знаменитой статье 1935 года Альберт Эйнштейн вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном описал мысленный эксперимент, указывающий на неполноту квантовой механики.

Проведенный польскими учеными эксперимент уникален еще одним: квантовая память, хранящая состояние запутанности, позволяет записывать до 12 фотонов за раз. Такой объем имеет большой потенциал применения в квантовых вычислениях.

«Многомерная запутанность сохраняется в нашем устройстве несколько микросекунд, что примерно в 1000 раз дольше, чем во всех предыдущих экспериментах, и в то же время достаточно долго, чтобы произвести тонкие квантовые операции на атомном состоянии во время хранения», — объясняет доктор Войцех Василевски, руководитель научной группы.

Это открытие может помочь достигнуть состояния так называемой гиперзапутанности и еще дальше продвинуться в понимании фундаментальных основ квантовой механики, пишет EurekAlert.

Ученые из МФТИ и РАН обнаружили условия, когда в квантовых системах энтропия может убывать, то есть может локально нарушаться второй закон термодинамики. Это происходит в квантовых системах относительно небольшого, но макроскопического размера — сантиметры и даже метры. Существенное различие состоит в том, что если в классической физике уменьшение энтропии связано с передачей тепловой энергии, то в квантовом мире снижение энтропии может происходить без передачи энергии — за счет квантовой запутанности.