Всем привет! Я снова с Вами и за это время ценность новостей из мира науки и технологии заметно возрасла, так как новости вам теперь вещает доктор естествознания 😎 🎓
Сегодняшний пост будет посвящен квантовой механике, поэтому приготовьтесь потренировать мозг

Итак, квантовый эксперимент курица-яйцо (читать 2,5 минуты)

В повседневном мире события происходят в определенном порядке. Однако новые эксперименты с фотонами показывают, что иногда невозможно сказать, в каком порядке происходят два события, полностью уничтожая наше здравое понятие «до и после» и путая понятие причинности. Такое явление называется квантовый коммутатор (quantum switch) и может стать полезным новым инструментом в квантовых информационных технологиях. Казалось бы, только мы начали свыкаться с мыслью, что крошечная частица может быть в нескольких местах одновременно! Квантовый переключатель достигает чего-то подобного для двух событий: A и B, показывая, что A может произойти до того, как B и B могут возникнуть до A.
Нашумевший эксперимент был проведен в Брисбене (Австралия), где физики пропустили пучок фотонов через специально сконструированный интерферометер, в котором пучок может расходиться на два (правый и левый) и обратно сливаться в один. Фотон (он же свет) – одновременно частица и электромагнитная волна, а значит может быть поляризован горизонтально или вертикально. Установка была собрана таким образом, чтобы вертикально поляризованный фотон сначала выбирал левый путь, а затем, отступив назад и войдя в устройство через другой «порт», пойдет по правому пути. Горизонтально поляризованный фотон, напротив, сначала будет двигаться по правому пути, затем по левому.
Квантовая механика позволяет фотону быть одновременно поляризованным по двум направлениям (горизонтально+вертикально=диагонально поляризованный). Когда такой диагонально поляризованный фотон входит в аппарат, описываемая им волна расщепляется на вертикально поляризованную и горизонтально поляризованную части, и фотон одновременно проходит оба пути (правый и левый) до тех пор, пока волны снова сольются на выходе из устройства. Когда фотон повторяет свой путь, он снова проходит оба пути, при этом каждая из частей квантовой волны фотона принимает каждый путь только один раз. Таким образом, невозможно сказать, в каком порядке фотон пошел по тому или иному пути.
Проблема усложняется тем, что физики не могут просто вставить детекторы, которые покажут, где именно находится фотон (спасибо квантовой механике за это). Физики должны найти более мягкий способ пометить след, по которому фотон пошел по определенному пути.
Для этого ученые решили использовать тот факт, что в дополнение к поляризации каждый импульс света имеет форму или пространственное распределение. Экспериментаторы могут мягко изменять эту форму, помещая линзы и другие оптические элементы на каждом пути, чтобы манипулировать проходящим фотоном. В зависимости от того, как расположены эти оптические элементы, поляризация фотона может переходить от одного диагонального направления к другому, так как две его части (квантовые волны) рекомбинируют. Итак, что делают физики: они смотрят наличие корелляции между конкретным положением этих оптических элементов и полярицации фотона на выходе. Если каждая часть фотона действительно проходит сначала один путь а затем другой, то эта корреляция должна подчиняться какому-то закону. Если же обе части фотона одновременно проходят оба пути, корреляции не будет, что и наблюдалось в этом эксперименте (вот тут можно поразбираться в математике https://journals.aps.org/prl/accepted/c707aYdcD481706284939b075dfc347e2ff710b57).
В данном эксперименте, операции по двум путям были независимыми, однако, в принципе, квантовая механика позволяет предположить, что два процесса могут вызывать друг друга. Такой квантовый коммутатор может применяться для передачи информации, закодированной в квантовых состояниях отдельных фотонов и других квантовых частиц. Такие устройства должны пропускать частицы через квантовые каналы (оптические волокна), что позволит передавать информацию даже через очень «шумные» каналы. Это кр