Физики экспериментально воспроизвели теоретически обоснованный несколько лет назад эффект, согласно которому три частицы могут пройти по двум каналам, при этом никакая из них не окажется в одном канале с другой. Парадоксальный эффект получил название по аналогии с классическим принципом голубиных гнезд, также известным как принцип Дирихле.

Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Классический принцип Дирихле гласит, что если имеется некоторое количество голубей (кроликов, объектов) и гнезд (ящиков, ячеек) для них, причем птиц больше, то при размещении всех голубей по гнездам хотя бы в одном окажется более одной птицы. В простейшем варианте трех голубей и двух гнезд хотя бы в одном должно быть две птицы. Эти вполне очевидные утверждения помогают определить фундаментальные понятие чисел и счета в разделе математики под названием комбинаторика.

В 2014 году физики предложили квантовый аналог принципа, в котором такие простые утверждения оказываются нарушены. В новой работе ученые впервые экспериментально реализовали этот явление.

«Квантовый эффект голубиного гнезда бросает вызов нашим базовым представлениям, поэтому требует ясного экспериментального подтверждения, — говорит соавтор работы Чао-Ян Лу из Научно-технического университета Китая. — Квантовое голубиное гнездо обладает прикладным потенциалом в плане обнаружения более сложных и фундаментальных квантовых эффектов».

В рамках эксперимента ученые создали три фотона, отличающиеся линейной поляризацией, которая может быть вертикальной или горизонтальной. Затем их пускали по двум каналам с разными поляризационными фильтрами. Тем не менее, измерения не зафиксировали прохождения хотя бы двух частиц по одному каналу.