Світло - це не тільки частинки і хвилі, а й складний танець квантових станів. Вчені з Канади та Італії створили новий метод, який дає змогу бачити такий танець у реальному часі. Вони використили особливе явище, зване квантовою заплутаністю, яке пов'язує властивості двох частинок, навіть якщо вони перебувають на великій відстані одна від одної.
Квантова заплутаність - одне з найдивніших і найдивовижніших явищ у фізиці. Воно означає, що дві частинки, наприклад фотони (елементарні частинки світла), можуть утворити спеціальний квантовий стан, де їхні властивості залежать одна від одної. Це означає, що якщо ми виміряємо стан однієї частинки, ми відразу ж дізнаємося, що відбувається з іншою.
Явище квантової заплутаності було передбачене теорією квантової механіки, але завжди викликало сумніви у багатьох фізиків, включно з Альбертом Ейнштейном. Він вважав, що квантова механіка не дає повного опису реальності і що існують приховані змінні, які визначають властивості частинок заздалегідь.
Однак експерименти показали, що квантова заплутаність дійсно існує і не може бути пояснена класичною фізикою.
Для того, щоб її зрозуміти, потрібно знати, що таке хвильова функція. Це математична формула, яка описує ймовірність того, що частинка має той чи інший параметр, наприклад положення, швидкість або обертання. Хвильова функція показує всі можливі стани частинки до того, як ми її виміряємо. Але коли ми робимо вимірювання, хвильова функція "колапсує" і ми отримуємо конкретний результат. Тобто саму “частинку”.
Проблема в тому, що вимірювати хвильову функцію дуже складно. Особливо якщо йдеться про заплутані частинки або складні квантові системи. У цьому випадку потрібно робити багато різних вимірювань та аналізувати велику кількість даних. Що, в свою чергу, займає багато часу і дає, м’яко кажучи, неточні результати.
І все ж таки науковці знайшли спосіб обійти проблему. Вони використили метод цифрової голографії, який дозволяє створювати тривимірні зображення за допомогою інтерференції світла.
Вони наклали заплутані фотони з відомою хвильовою функцією на інші заплутані фотони. В результаті з’явився складнbq візерунок, який містив інформацію про хвильову функцію невідомої системи. За допомогою спеціальної камери фізики змогли їх зафіксувати й відновити хвильову функцію.
Відкриття має велике значення для розуміння природи світла та його складових. Воно також може допомогти в розвитку нових технологій, заснованих на квантовій заплутаності, таких як квантова криптографія і квантові комп'ютери.
Для справки
Квантова криптографія - це спосіб передачі зашифрованих повідомлень за допомогою заплутаних частинок. Вона гарантує абсолютну безпеку, оскільки будь-яка спроба підслухати або підмінити повідомлення порушить заплутаність і буде виявлена.
Квантові комп'ютери - це пристрої, які використовують заплутані частинки як квантові біти або кубіти. Вони можуть виконувати обчислення набагато швидше, ніж звичайні комп'ютери, оскільки перебувають в декількох станах одночасно.
Зазначені наукові досягнення показують, що квантова фізика відкриває нові горизонти досліджень і технологій. А також те, що світло не просто “Щось”, відчутне щодня, а дивовижний світ, про який - насправді — нам мало шо відомо.
