Квантовый эксперимент показал, что свет существует в десятках измерений

Парадокс, лежащий в основе квантовой физики, прошел невероятную проверку, разбивая вдребезги человеческую интуицию: ученым удалось измерить световой импульс в 37 измерениях.

Группа исследователей под руководством ученых из Научно-технического университета Китая разработала метод проверки разновидности парадокса Гринбергера — Хорна — Цайлингера (GHZ) с помощью оптоволоконного процессора.

Их открытия проливают свет на то, как квантовая странность работает на фундаментальном уровне, что потенциально может быть полезно для будущих квантовых технологий. Не говоря уже о том, что это еще раз подтверждает, насколько бесполезен наш мозг для понимания инструкции по эксплуатации Вселенной.

Если вы хотите узнать, есть ли почта в вашем почтовом ящике, достаточно просто выйти и посмотреть. Из этого простого наблюдения вы можете заключить, что почтальон приходил и опустил запоздалую открытку ко дню рождения от любимой тети.

Эта интуитивно понятная система может быть описана как локальный реализм. Вы можете представить цепочку событий, каждое из которых перемещается по ряду связанных мест: от кухонного стола тети до почтового отделения и вашего адреса.

В большинстве случаев локальный реализм достаточно хорошо описывает, как все устроено.

Но тут пришли ученые и всё испортили квантовой физикой. Они обнаружили, что механизм реальности работает по правилам, которые почти не поддаются осмыслению. А самые странные из них противоречат локальному реализму.

Согласно этим правилам, пока вы не заглянете в почтовый ящик, у Вселенной не будет определенности насчет того, есть ли в ящике открытка, приходил ли почтальон, и вспомнила ли любимая тетя о вашем дне рождения. Физики называют эти неопределенные объекты и события контекстами, а их взаимосвязь – запутанностью. Единственный способ узнать, прислала ли тетя открытку, — это заглянуть в почтовый ящик. Но до этого момента реальность остается неопределенной.

Пока все выглядит довольно простым, но парадокс GHZ вносит огромную путаницу, предсказывая результаты экспериментов, которые противоречат локальности, как если бы открытка тети материализовалась в вашем ящике без участия почтальона.

Насколько далеко может зайти этот абсурд? Чтобы довести парадокс до предела, исследователи решили найти самый экстремальный случай нелокальности, используя всего три контекста.

Заменив тетину открытку когерентным потоком фотонов, а почтовую службу и почтовый ящик – системой оптоволокна и точными измерительными приборами интерференции, исследователи проверили свой сценарий, работая в обратном направлении от наблюдаемых корреляций, чтобы показать, что даже с тремя контекстами наши ожидания локального реализма могут быть опровергнуты.

Однако чтобы понять, как такое возможно, нам нужно добавить несколько дополнительных измерений помимо наших привычных “вверх-вниз”, “вперед-назад”, “влево-вправо” и “секунда за секундой”. Если быть точным, то нужно еще 33 измерения.

Команда разработала набор отношений между тремя контекстами, которые можно решить с помощью 37 состояний, каждое из которых представляет собой отдельное пространственное измерение.

Философски это поднимает глубокие вопросы: почему мы воспринимаем реальность только в классических терминах? Имеют ли эти дополнительные измерения физический смысл? И почему тетя забыла про ваш день рождения?

На данный момент знание о том, что всего три квантовых «может быть» достаточно для создания парадокса типа GHZ, может привести к более глубокому изучению основ реальности, устанавливая границы возможного при разработке более быстрых и надежных квантовых схем.

Это исследование было опубликовано в журнале Science Advances.