Ученые, среди которых Александр Львовский из Российского квантового центра, создали комбинацию из ста миллионов запутанных фотонов. Это намного больше предыдущих запутанных систем; подробности приводятся в статье для Nature Physics (препринт) и в пресс-релизе, поступившем в редакцию «Ленты.ру». Кроме того, о них рассказано на Международной конференции по квантовым технологиям, проходящей сейчас в Москве. Сами ученые называют полученные макрообъекты «электромагнитными котами Шредингера» — это связано со знаменитым мысленным экспериментом Эрвина Шредингера, в котором квантовым свойством наделялся обычный кот.
Эксперимент был произведен с помощью оптического канала связи. Источником света выступал титан-сапфировый лазер, дающий импульсы длительностью всего 1,6 пикосекунды с частотой 76 мегагерц, а далее эти световые импульсы направлялись на несколько последовательно установленных кристаллов. Первый кристалл вдвое увеличивал частоту света, а во втором происходил процесс, который специалисты по оптике называют спонтанным параметрическим рассеянием. При этом один квант входящего излучения дает два кванта с меньшей частотой и, следовательно, энергией. Оба фотона получаются запутанными, то есть их нельзя описывать как две разные частицы даже тогда, когда они разнесены в пространстве, а результаты измерений этих частиц оказываются взаимосвязаны (физики говорят, что они коррелируют).
Чтобы разделить запутанные фотоны, международная группа физиков использовала полупрозрачное зеркало, которое направляло кванты света в разные части установки. Эти части по традиции были названы «Алисой» и «Бобом»: так в статьях и учебниках по квантовой теории называют двух разных наблюдателей (или просто детекторы) А и Б.
Свет, прошедший по каналу Алисы, попадал на детектор сразу, а свет в канале Боба сначала проходил через лазер. В лазере фотоны воздействуют на предварительно возбужденные атомы и заставляют их излучать такие же кванты света в большем количестве. Свет, попавший в лазер Боба, за счет этого квантового процесса усиливался и сигнал из одного фотона превращался в сигнал из нескольких миллионов. После лазера стоял детектор, и анализ его показаний вкупе с показаниями детектора Алисы подтвердил то, что свет в канале Боба был по-прежнему запутан со светом в канале Алисы.
Важность исследования обусловлена тем, что вместо микроскопических объектов в квантово запутанном состоянии ученым впервые удалось получить мощный световой импульс. Такие импульсы, как отмечают авторы открытия, даже видны невооруженным глазом: предел чувствительности глаза после длительной адаптации к темноте составляет несколько фотонов в секунду.
«Законы квантовой механики, управляющие микроскопическим миром, очень сильно отличаются от классической физики, управляющей крупными объектами, такими как живые существа, — поясняет Александр Львовский. — Глубочайший вопрос современной физики состоит в том, где проходит граница между этими мирами, и существует ли она вообще. Именно на этот вопрос и проливает свет наш эксперимент».