Квантовая дуэль века. Китайский эксперимент с одним атомом подтвердил правоту Бора в споре с Эйнштейном
Некоторые из пионеров современной физики, включая Эйнштейна и Бора, на Сольвеевской конференции по квантовой механике 1927 года. (Фото: WikiMedia Commons)
Квантовая физика сделала полный круг, вернувшись к дискуссии почти столетней давности между Альбертом Эйнштейном и Нильсом Бором.
Исследователи из Китайского университета науки и технологий (USTC) воссоздали знаменитый мысленный эксперимент 1927 года, использовав сверхчувствительную установку с одним атомом. Результаты подтвердили позицию Бора и предоставили физикам новые инструменты для исследования фундаментальных свойств квантовых систем.
Команда под руководством Паня Цзяньвея создала одноатомный интерферометр с беспрецедентной точностью. Они сумели реализовать идею Эйнштейна: добавить в двухщелевой эксперимент сверхлегкий движущийся объект, способный зафиксировать крошечный «толчок» от фотона и таким образом определить его путь. В 1927 году ни один детектор на Земле не имел достаточной чувствительности, но современные технологии позволили осуществить задуманное.
Ученые захватили один атом рубидия в лазерную ловушку и охладили почти до абсолютного нуля. Этот атом стал аналогом подвижной щели Эйнштейна. Когда атом удерживали слабо, он мог смещаться — и этого было достаточно, чтобы обнаружить, по какой щели прошел фотон. Однако интерференционная картина при этом исчезала. Когда же атом фиксировали жестко, путь фотона стал неопределенным — и интерференция возвращалась, как и предсказывал Бор.
По словам рецензентов, процитированных South China Morning Post, эксперимент является «классическим воплощением» исторического мысленного опыта и «значительным вкладом в основы квантовой механики». Статья Американского физического общества объясняет, что изменение неопределенности импульса фотона позволяет исследователям управлять четкостью интерференционных полос, что полностью согласуется с теорией.
Этот результат не опровергает квантовую механику — спор между Бором и Эйнштейном давно решен — однако создает одну из самых чистых экспериментальных площадок для исследования таких явлений, как декогеренция и квантовая запутанность. Контроль над одним атомом открывает путь к более глубокому пониманию того, как квантовые состояния взаимодействуют со средой и теряют когерентность.
Эти знания имеют практическое значение: они могут улучшить стабильность кубитов, повысить точность квантовых сенсоров и усовершенствовать технологии квантовой связи.
Результаты работы были опубликованы в Physical Review Letters.
