Учёные продемонстрировали, как привести две вибрирующие перепонки размером меньше человеческого волоса в квантовое состояние, позволяющее избежать принципа неопределённости. Работа с описанием эксперимента была опубликована в журнале Science.
Принцип неопределённости Гейзенберга в квантовой механике говорит о том, что нельзя одновременно в точности знать местоположение и импульс квантового объекта. В квантовом мире частицы — такие, например, как электроны и протоны – ведут себя одновременно и как волны. В результате, если измерить импульс частицы, её местоположение становится неопределённым, и наоборот.
Финские учёные в описываемом эксперименте показали, как обойти это ограничение. Только вместо элементарных частиц команда проводила эксперименты над более крупными объектами – вибрирующими плёнками диаметром около 0,02 мм (в пять раз меньше диаметра человеческого волоса). При этом учёные смоделировали при помощи этих плёнок подобие квантовой запутанности.
Как пояснил ведущий автор исследования, профессор Мика Силланпаа из финского университета Аалто, плёнки коллективно демонстрируют квантовое движение. Они вибрируют в противофазе, то есть, противоположно друг другу. Тогда квантовая неопределённость плёнок устраняется, если считать их одной квантово-механической сущностью.
Получается, что исследователи могли одновременно измерить местоположение и импульс плёнок, нарушая принцип неопределённости. Это, в свою очередь, позволило им подробно описать слабые взаимодействия, управляющие движением плёнок. Как сказал автор, одна из плёнок реагировала на все воздействия, направленные на другую, только в противоположном направлении.
Другой автор исследования, Мэтт Вулли из австралийского университета в Новом Южном Уэльсе, сказал, что этот эксперимент не только показал новую технику, позволяющую обойти ограничения принципа неопределённости, но и продемонстрировал долгосрочную квантовую запутанность двух макроскопических объектов.
Запутанные объекты ведут себя, как единая система, даже будучи разделёнными в пространстве. Объектам классической физики такое поведение не свойственно. Это свойство является одним из ключевых ингредиентов квантовых технологий.
Чем больше объект, тем менее прочными оказываются квантовые эффекты, действующие на него, и тем легче они пропадают в результате любых возмущений из внешней среды. Поэтому данный эксперимент проводился при температуре, очень близкой к абсолютному нулю.
В будущем исследователи планируют использовать эти идеи в лаборатории, чтобы изучить взаимодействие квантовой механики и гравитации, на стыке микромира и макромира.
