Британские физики обнаружили возникновение квантовой запутанности между различными свойствами одиночных фотонов, бегущих одновременно по разным вращающимся интерферометрам Саньяка. Этот результат можно интерпретировать как свидетельство рождения запутанности, вызванное искривлением пространства-времени.

Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

Величайшая проблема в физике — объединение квантовой механики и теории относительности — пока не решена. Причин у этого несколько, но самая важная из них заключается в том, что процессы, описываемые этими теориями, происходят на очень разных масштабах. Это побуждает физиков придумывать эксперименты, где релятивизм и искривление пространства времени соприкасаются с квантовыми свойствами объектов.

Сначала ученые пытались увидеть влияние гравитационных эффектов на набег фазы квантовых частиц. Впервые это было сделано с помощью интерференции нейтронов в гравитационном поле Земли. Сегодня для этого используют более точные атомные интерферометры или атомные часы.

Существуют похожие эксперименты и для безмассовых фотонов. В 2019 году физики из Великобритании объединили релятивистский эффект Саньяка с интерферометрией Хонга — У — Мандела. Они увидели, что набег фазы фотонов в точности совпадает с предсказанием специальной теории относительности. Теперь же часть этой команды, а именно Марко Торош (Marko Toroš) из Университета Глазгоу и его коллеги, увидели, как вращение приводит к запутыванию свойств фотонов.

Под запутыванием физической системы понимают ситуацию, при которой два или более ее свойства оказываются связанными друг с другом квантовыми корреляциями, и измерение одного из них влияет на результаты измерения другого. Это могут быть как одни и те же свойства разных частиц, так и несколько свойств одной частицы. С точки зрения математики вектор состояния такой системы не может быть представлен в виде произведения множителей, изолированно описывающих запутанные свойства (то есть в сепарабельном виде). Квантовая запутанность, вообще говоря, не должна сохраняться в общей теории относительности. Авторы нового исследования решили проверить это предположение.