Квантовата теория описва събития, които се случват в изключително кратък период от време. В миналото такива събития са били разглеждани като " моментални" или "мигновени": Електрон обикаля около ядрото на атома - в следващия момент той внезапно бива изхвърлен от светлинен импулс. Две частици се сблъскват - в следващия момент те внезапно са "квантово вплетени".
Днес обаче може да се изследва развитието във времето на такива почти "мигновени" явления. Заедно с изследователски екипи от Китай Техническият университет във Виена разработва компютърни симулации, които могат да се използват за симулиране на свръхбързи процеси. Това дава възможност да се установи как възниква квантовото вплитане във времева скала от няколко секунди.
Резултатите вече са публикувани в списание Physical Review Letters.
Две частици - един квантов обект
Ако две частици са квантово вплетени, няма смисъл да се описват поотделно. Дори ако се знае отлично състоянието на тази система от две частици, не може да се направи ясна оценка на състоянието на отделната частица.
"Може да се каже, че частиците нямат индивидуални свойства, те имат само общи свойства. От математическа гледна точка те си принадлежат твърдо една на друга, дори и да се намират на две напълно различни места", обяснява проф. д-р Йоахим Бургдорфер (Joachim Burgdörfer) от Института по теоретична физика към ТУ Виена.
При експерименти с вплетени квантови частици учените обикновено се интересуват от поддържането на това квантово вплитане за възможно най-дълго време - например ако искат да използват квантовото вплитане за квантова криптография или квантови компютри.
"Ние, от друга страна, се интересуваме от нещо друго - да разберем как изобщо се развива това вплитане и кои физични ефекти играят роля в тези изключително кратки срокове", разказва професор Ива Бржезинова (Iva Březinová), един от авторите на настоящата публикация.
Единият електрон бяга, другият остава в атома
Изследователите са наблюдавали атоми, ударени от изключително интензивен и високочестотен лазерен импулс. Единият електрон се откъсва от атома и отлита. Ако лъчението е достатъчно силно, е възможно да бъде засегнат и втори електрон от атома: Той може да бъде преместен в състояние с по-висока енергия и след това да обиколи атомното ядро по различен път.
Така след лазерния импулс единият електрон отлита, а друг остава в атома с неизвестна енергия.
"Можем да покажем, че тези два електрона сега са квантово вплетени", обяснява Бургдорфер. "Може да се анализират само заедно - и може да се извърши измерване на един от електроните и едновременно с това да се научи нещо за другия електрон."
Самият електрон не знае кога се е "родил"
Изследователският екип вече е успял да покаже, използвайки подходящ протокол за измерване, който комбинира два различни лазерни лъча, че е възможно да се постигне ситуация, при която "времето на раждане" на отлитащия електрон, т.е. моментът, в който той е напуснал атома, е свързано със състоянието на електрона, който остава след него. Тези две свойства са квантово вплетени.
"Това означава, че времето на раждане на отлитащия електрон не е известно по принцип. Може да се каже, че самият електрон не знае кога е напуснал атома", посочва Бургдорфер. "Той се намира в квантово-физическа суперпозиция от различни състояния. Той е напуснал атома както в по-ранен, така и в по-късен момент от време."
В кой момент от времето е било "наистина", не може да се отговори - "истинският" отговор на този въпрос просто не съществува в квантовата физика. Но отговорът е квантово-физически свързан с - също така неопределеното - състояние на електрона, останал в атома. Ако останалият електрон е в състояние на по-висока енергия, тогава е по-вероятно електронът, който е отлетял, да е бил откъснат в ранен момент; ако останалият електрон е в състояние на по-ниска енергия, тогава "времето на раждане" на свободния електрон, който е отлетял, вероятно е било по-късно - средно около 232 атосекунди.
Това е почти невъобразимо кратък период от време: една атосекунда е една милиардна част от милиардната част от секундата.
"Тези разлики обаче могат не само да бъдат изчислени, но и измерени в експерименти", отбелязва Бургдорфер. "Вече водим разговори с изследователски екипи, които искат да докажат такива свръхбързи вплитания."
Времевата структура на "мигновените" събития
Работата показва, че не е достатъчно квантовите ефекти да се разглеждат като "мигновени". Важните корелации стават видими едва когато успеем да разграничим свръхкратките времеви мащаби на тези ефекти.
"Електронът не изскача просто така от атома. Той е вълна, която се разлива от атома, така да се каже - и за това е необходимо известно време", посочва Бржезинова. "Точно по време на тази фаза възниква вплитането, чийто ефект може да бъде точно измерен по-късно чрез наблюдение на двата електрона."
Ясно е, че в квантовия свят дори най-кратките моменти съдържат богатство от информация.
Така че следващия път, когато мигнете, помнете, че за по-малко от една трилионна част от това време се разгръщат цели квантови събития, разкриващи тайни, които биха могли да променят бъдещето на технологиите и нашето разбиране за Вселената.
Справка: Jiang, Wei-Chao et al, Time Delays as Attosecond Probe of Interelectronic Coherence and Entanglement. Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.163201
Източници:
How fast is quantum entanglement? Scientists investigate it at the attosecond scale, Vienna University of Technology
Quantum entanglement speed is measured for the first time, and it's too fast to comprehend, Eric Ralls, Earth.com
Още по темата
Физика
Може ли, предефинирайки реалността, да решим най-големия проблем на квантовата теория?
Физика
Големият адронен колайдер разкри квантовото вплитане на кварки при най-високата досега енергия
Физика
Електрони в импулси светлинa
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари