У квантових полях знайшли нескінченний ресурс заплутаності

Новий експеримент показує, що нелокальні квантові кореляції можуть виникати без класичної заплутаності частинок, завдяки властивості нерозрізнення шляхів фотонів.

Переосмислення основ квантової нелокальності

Експеримент, проведений командою Сяо-Сонга Ма з Нанкінського університету, кидає виклик усталеним уявленням про заплутаність. Дослідники пройшли тест Белла, не використовуючи заплутані фотони. Замість цього вони створили ситуацію, коли фотони не мали фіксованого походження з певного кристала. Це призвело до нерозрізнення шляхів, що, можливо, є альтернативною основою для квантової нелокальності.

«Це може бути ключовим інгредієнтом для створення нелокальних кореляцій без заплутаності», — зазначає Ма. Такий підхід суперечить звичній інтерпретації тесту Белла, що передбачає присутність квантової заплутаності. Але, як показали результати, навіть фотони без очевидної заплутаності можуть демонструвати квантові ефекти, які не пояснюються класичною фізикою.

Квантова заплутаність у полі, а не у фотоні

За словами Ефраїма Штайнберга з Університету Торонто, заплутаність у цьому експерименті, ймовірно, існує не на рівні окремих частинок. «Вона існує у квантових полях, з яких виникають фотони», — підкреслює він. Це означає, що джерелом кореляцій можуть бути глобальні квантові поля, а не окремі частинки. Таким чином, квантова заплутаність стає ресурсом, що нескінченно присутній у просторі-часі.

Це підтверджують висновки Маріо Кренна, який пояснює, що нерозрізнення шляхів може діяти як джерело кореляцій. Така властивість вже використовувалася в попередніх роботах для створення заплутаності. Однак у новому дослідженні вона залишається єдиною активною квантовою характеристикою, виключаючи інші форми втручання чи маніпуляцій.

Незважаючи на потенційний прорив, експеримент викликав сумніви у частини наукової спільноти. Стефано Паезані вказує на використання техніки пост-селекції, що може викривлювати результати. «Без пост-селекції експеримент був би ближчим до класичних сценаріїв із заплутаністю», — каже він.

Інші вчені, як-от Джефф Лундін, вважають, що тест міг просто виявити сильні, але не квантові кореляції, що не мають фундаментального значення для природи Всесвіту. «Це не має великих наслідків для розуміння реальності», — стверджує він. Також він підкреслює, що неможливість виключити змову між умовними спостерігачами Алісою і Бобом знижує силу тверджень про нелокальність.

Шлях уперед і потенціал поля

Команда планує вдосконалити свої пристрої, щоб уникнути потреби у пост-селекції. Ма визнає: «Ми вже визначили кілька критичних лазівок і працюємо над їх усуненням». Це дозволить провести більш переконливі експерименти, які краще підтвердять або спростують висунуті гіпотези.

Результати підштовхують до переосмислення самої природи квантової заплутаності. Якщо квантові поля — це нескінченне джерело заплутаності, тоді навіть частинки, які не є заплутаними в традиційному розумінні, можуть демонструвати квантову нелокальність. «Ми могли б видобувати цю заплутаність вічно», — припускає Кренн.

Цей підхід змінює наш погляд на те, як фундаментальні частинки взаємодіють у Всесвіті, відкриваючи нові горизонти в квантовій теорії та філософії фізики.