Эйнштейн ошибался. Группа физиков из Швейцарии провела революционный эксперимент с квантовой запутанностью

Квантовая запутанность реальна — неужели Эйнштейн и вправду ошибался?

В последние годы было проведено немало экспериментов, которые показывали, что квантовая запутанность действительно возможна и что две запутанные частицы могут быть связаны на расстоянии.

Новый эксперимент еще раз подтверждает это, причем таким способом, которого мы раньше не видели.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.

Группа швейцарских физиков использовала 30-метровую трубу, охлажденную до температуры, близкой к абсолютному нулю, чтобы провести тест Белла: случайное измерение двух запутанных частиц (квантовых битов) одновременно.

Тест Белла основан на математическом неравенстве, если оно будет нарушено, значит, квантовая теория действительно работает.

Чтобы устранить все потенциальные лазейки в тесте Белла, измерения должны проводиться за меньшее время, чем требуется свету, чтобы пройти от одного конца до другого, что доказывает отсутствие обмена информацией между ними.

При такой установке свету потребовалось 110 наносекунд, чтобы пройти по трубке, а измерения были проведены всего за несколько наносекунд. Исследователи использовали микроволновые фотоны для создания запутанности, и более миллиона измерений были оценены, чтобы показать нарушение неравенства Белла.

Это самое длинное разделение между двумя запутанными сверхпроводящими кубитами и показывает перспективность технологии кубитов. Та же технология, продемонстрированная здесь, в конечном итоге может найти свой путь в полномасштабных квантовых компьютерах.

В этом эксперименте тест Белла не только проводится на больших расстояниях, чем это было ранее, но и с использованием сверхпроводящих цепей, которые, как ожидается, сыграют важную роль в разработке квантовых компьютеров.

Благодаря тому, что структура эксперимента включает сотни электронных схем размеры которых измеряются в микрометрах, его модифицированная версия может быть использована несколькими способами.

«С помощью нашего подхода мы можем гораздо эффективнее, чем в других экспериментах, доказать, что неравенство Белла нарушено», — говорит квантовый физик Саймон Шторц из института ETH Zurich в Швейцарии.

По словам Шторца, данная методика может стать базой для применения квантовой запутанности в практических приложениях.

Эти практические приложения могут включать, например, безопасные зашифрованные коммуникации.

Несмотря на трудности, связанные со строительством и точной настройкой оборудования, исследователи уверены, что ее можно адаптировать для работы и в более крупных масштабах, расширяя границы того, что мы знаем о квантовой механике.

«В нашей машине 1,3 т меди и 14 000 винтов, а также огромное количество знаний по физике и инженерных ноу-хау», — говорит квантовый физик Андреас Вальрафф из ETH Zurich.

Почему Эйнштейн сомневался в квантовой запутанности?

Один из величайших физиков всех времен и народов Альберт Эйнштейн не «дружил"с концепции квантовой запутанности.

Это понятие, часто называемое «жутким действием на расстоянии», вызывало у него глубокую тревогу.

В 1935 году Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен написали статью, целью которой было продемонстрировать, что квантовая механика в ее нынешнем виде является неполной.

Они предположили, что если теория предсказывает такие странные корреляции, то должны существовать какие-то неучтенные «скрытые переменные».

Сопротивление Эйнштейна квантовой запутанности было основано в его вере в «локальный реализм», который утверждает, что на объект может влиять только его непосредственное окружение и что он должен обладать определенными свойствами независимо от того, измеряем мы их или нет.

Квантовая запутанность нарушает этот принцип, поскольку изменения в одной частице мгновенно влияют на другую, независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга.

Именно этот момент смущал Эйнштейна.

В 1960-х годах физик Джон Белл сформулировал «теорему Белла» и вывел «неравенства Белла», которые позволили проверить идею локальных скрытых переменных.

Эксперименты, проверяющие неравенства Белла, в целом показали результаты, согласующиеся с квантовой механикой и противоречащие локальному реализму Эйнштейна, показывая, что если такие локальные скрытые переменные существуют, то они должны действовать очень неинтуитивным образом.

Однако эти эксперименты имеют различные «лазейки», а идеальные эксперименты практически невозможно провести, поэтому, хотя полученные результаты наводят на серьезные размышления, они не являются окончательными.