Физики поставили рекорд по нарушению реальности

Швейцарские физики впервые продемонстрировали парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР-парадокс) на квантовой системе, состоящей из 600 атомов рубидия. Ученым удалось нарушить локальный реализм, осуществив запутывание между двумя частями облака сверхохлажденного газа и доказав возможность управления (англ. steering), когда состояние одной части квантовой системы можно предсказать по состоянию второй. Статья ученых опубликована в журнале Science, сообщает Science Alert.

Согласно ЭПР-парадоксу, предложенному в 1935 году, две частицы могут взаимодействовать между собой таким образом, что можно измерить их положение и импульс с точностью, превышающей ту, что разрешена принципом неопределенности Гейзенберга. Например, суммарный импульс двух частиц (А и В), которые образовались в результате распада третьей, должен быть равен исходному импульсу последней, поэтому измерение импульса частицы А позволяет узнать импульс частицы B, при этом в движение второй частицы не вносится никаких возмущений. Тогда можно точно определить координаты частицы В, нарушая таким образом принцип неопределенности Гейзенберга.

Поскольку принцип неопределенности в любом случае сохраняется, измерение импульса частицы А неизбежно вносит возмущения в координаты частицы В, делая их неопределенными, как бы далеко первая частица ни находилась от последней. Эйнштейн полагал, что тем самым нарушается реализм мира и физические объекты в рамках квантовой механики перестают объективно существовать. Он считал, что подобная интерпретация неверна и вероятностный характер поведения частиц на самом деле объясняется существованием неких скрытых параметров. Однако на настоящий момент теория скрытых параметров не получила экспериментального подтверждения.

Ученые создали конденсат Бозе — Эйнштейна из около 600 атомов рубидия-87. Конденсат представляет собой охлажденный до сверхнизких температур газ, в котором все атомы занимают минимально возможные квантовые состояния, то есть становятся почти неотличимыми друг от друга. С помощью лазера атомы привели в сжатое состояние, при котором флуктуации одной переменной (в данном случае одна из составляющих спина, то есть «оси вращения») становятся очень малы, а другой — велики. Таким образом, между атомами создавалась квантовая связь.

Исследователям удалось разделить облако на два различных региона — А и В. С помощью лазеров были измерены коллективный спин атомов в конденсате и составляющие «оси вращения». При этом на основе неравенств, учитывающих данные параметры, была доказана запутанность между атомами для сжатого состояния и данного коллективного спина. Корреляция оказалась настолько сильной, что возникал ЭПР-парадокс и можно было предсказать квантовое состояние атомов в регионе В, измеряя спин в регионе А (предсказание возможно только в одном направлении).