То, что происходит на самом деле, гораздо более странно и может помочь нам лучше понять квантовую механику.
Квантовый эффект Чеширского кота получил свое название в честь вымышленного Чеширского кота из сказки “Алиса в стране чудес”. Этот кот мог исчезать, оставляя после себя только улыбку. Аналогичным образом, в работе 2013 года исследователи заявили, что квантовые частицы способны отделяться от своих свойств, причем свойства путешествуют по путям, недоступным частице. Они назвали это квантовым эффектом Чеширского кота. С тех пор исследователи заявили, что расширили эту концепцию еще больше, меняя бестелесные свойства между частицами, развоплощая несколько свойств одновременно и даже “разделяя дуализм волна-частица” частицы.
Содержание
Контекстуальность в квантовой механике
Однако последние исследования показывают, что эти эксперименты на самом деле не демонстрируют отделение частиц от их свойств, а вместо этого демонстрируют другую парадоксальную особенность квантовой механики – контекстуальность.
Квантовая механика – это изучение поведения света и материи на атомном и субатомном масштабе. По своей природе квантовая механика противоречит здравому смыслу. Исследовательская группа поставила перед собой задачу фундаментально понять эту парадоксальную природу, одновременно изучая практическую пользу.
“Большинство людей знают, что квантовая механика странная, но определение причин этой странности до сих пор остается активной областью исследований. Постепенно она была формализована в понятие, называемое контекстуальностью – квантовые системы меняются в зависимости от того, какие измерения вы с ними проводите”, – говорит Йонте Ханс, научный сотрудник Университета Хиросимы и Бристольского университета.
Последовательность измерений квантовой системы дает разные результаты в зависимости от порядка, в котором эти измерения выполняются. Например, если мы измеряем, где находится частица, а затем скорость ее движения, это даст одни результаты. А если мы сначала измерим скорость ее движения, а затем место, где она находится – другие. И они будут разными. Из-за этой контекстуальности квантовые системы можно считать обладающими свойствами, которые, как мы ожидаем, будут взаимно несовместимыми.
“Однако мы до сих пор не понимаем, чем это вызвано, и именно это мы хотели исследовать, используя парадоксальный сценарий квантового Чеширского кота в качестве тестовой площадки”, – говорит Ханс.
Переосмысление квантового Чеширского кота
Команда отмечает, что проблема квантового парадокса Чеширского кота заключается в том, что его первоначальное утверждение, согласно которому частица и ее свойства, такие как спин или поляризация, разделяются и движутся по разным путям, может вводить в заблуждение относительно реальной физики ситуации.
“Мы хотим исправить это, показав, что разные результаты получаются, если квантовая система измеряется разными способами. А оригинальная интерпретация квантового Чеширского кота возникает только в том случае, если объединить результаты этих разных измерений очень специфическим образом и игнорировать изменение, связанное с измерениями”, – говорит Хольгер Хофманн, профессор Университета Хиросимы.
Команда проанализировала протокол “Чеширского кота”, изучив связь между тремя различными измерениями пути и поляризации фотона в рамках квантового протокола “Чеширского кота”. Если бы система не была контекстуальной, то казалось бы, что эти измерения приводят к логическому противоречию.
В своей работе авторы обсуждают, как контекстуальное поведение связано со слабыми значениями и когерентностью между запрещенными состояниями. В своей работе они показали, что вместо свойства развоплощенной частицы квантовый Чеширский кот демонстрирует эффекты этих когерентностей, которые обычно обнаруживаются в системах до и после отбора.
Будущие исследования и квантовая контекстуальность
В будущем команда хочет расширить это исследование, найти способ объединить парадоксальные квантовые эффекты как проявления контекстуальности и раз и навсегда объяснить, как и почему измерения изменяют квантовые системы.
“Это не только поможет нам наконец объяснить, почему квантовая механика так противоречива, но и поможет разработать способы использования этой странности в практических целях. Учитывая, что контекстуальность неотъемлемо связана со сценариями, в которых квантовое решение проблемы имеет преимущество перед классическим, только поняв контекстуальность, мы сможем полностью реализовать потенциал, например, квантовых вычислений”, – говорит Ханс.
Статья, посвященная этому исследованию, опубликована в журнале New Journal of Physics.
Читайте также: Квантовое преимущество: физик объясняет будущее компьютеров