Свикнали сме да възприемаме света около нас, като мястото, където всяко нещо се случва след нещо друго и всичко тече в определен ред. Сутрин алармата ни звъни или преди да се събудим, или след като вече сме станали, но никога не може да се случи така, че да звънне едновременно „преди“ и „след“.
Нов експеримент на австралийски физици демонстрира система, в която е невъзможно да се определи в какъв ред са се случили събитията, което размива причинно-следствените връзки. Т.нар. квантов превключвател е устройството, с чиято помощ е получен парадоксалният резултат, а учените са на мнение, че опитната постановка може да се окаже много интересна за развитието на технологията за квантова информация.
Квантовата механика често опровергава интуитивните ни представи за това, как е устроен всемира. Например, от гледна точка на здравия разум в конкретен момент даден обект може да се намира само на едно място. Поради странностите на квантовия свят обаче, частица може да се намира едновременно на няколко места. Квантовият превключвател реализира подобна схема, но във времето, а не в пространството: събитието А се случва преди събитие Б, а събитие Б се случва преди събитие А.
Джулио Чирибела от Оксфордския университет във Великобритания и колегите му предлагат идея за такъв превключвател през 2009 година. Но експериментално тази идея е реализирана едва сега.
Андрю Уайт, физик от Куинслендския университет в Брисбейн (Австралия), и екипът му „изпращат“ фотони през интерферометър – оптично устройство, в което лъч светлина се разделя и поема по два различни пътя, а в резултат на взаимодействията на двата разделени лъча може да се наблюдава картината на интерференцията им.
Това е отдавна известна демонстрация на вълновата структура на светлината, в резултат на която съвпадащите в пространството максимуми на интензивността взаимно се усилват, а минимумите – взаимно се отслабват. На пътя на единия от разделените лъчи може да се поставят различни оптични елементи, които забавят или променят характеристиките на светлинния поток. С това се променя и интерференцията, благодарение на което пък, разбираме как светлината взаимодейства с онова, което е срещнала по пътя си.
Светлината се „състои“ от фотони – елементарни частици, които пренасят електромагнитното поле. Една от характеристиките на тези части е поляризацията, тоест, плоскостта, в която конкретен фотон извършва колебателните движения (или по-точно, съставляващата на електромагнитното поле). С помощта на специални устройства може фотоните „да бъдат принудени“ да извършват колебателни движения само в хоризонтална или вертикална плоскост; в тези случаи говорим за хоризонтално или вертикално поляризирана светлина. В експеримента на Андрю Уайт интерферометърът е настроен по такъв начин, че вертикално поляризираните фотони се пращат по лявата „писта“ и след това се връщат в системата през дясната, а хоризонтално поляризираните следват обратния път.
Законите на квантовата механика позволяват на фотона да е едновременно поляризиран и вертикално, и хоризонтално, което превръща поляризацията му в диагонална. Когато фотон попадне в интерферометъра, вълновата му функция се разделя на вертикалната и хоризонталната му съставящи: получава се така, че фотонът се „разбива“ по двете направления едновременно и след това се „слива“ сам със себе си. По обратния път всяка компонента завършва траекторията, в резултат на което преминава през интерферометъра един път и става невъзможно да се определи в какъв ред фотонът с „раздвоение на личността“ преминава през квантовия превключвател.
Заради особеностите на квантовите закони е много трудно да се провери какво се случва с фотона по време на експеримента. Непосредствено измерване може да унищожи „раздвоението на личността“ му, затова на физиците се налага да прибягват до хитрости, за да проследят последователността, по която фотонът преминава през интерферометъра.
За целта, физиците използват факта, че освен поляризацията всеки лъч светлина има форма (т.нар. пространствено разпределение на интензитета). Тази форма може да бъде променяна с различни оптични елементи, например, лупи. Такава промяна е всъщност въздействие с фотона. При определена конфигурация на експерименталната установка фотонът трябва да променя вектора на диагоналната си поляризация с противоположната, тъй като променените компоненти са длъжни да се „слеят“.
Сравняването на резултатите от наблюденията с неравенствата от областта на квантовата механика, които описват различните сценарии на взаимодействието в системата, дава възможност да се установи какво точно се е случило вътре в квантовия превключвател. В резултат на това, физиците са открили конфигурация, при която фотонът едновременно преминава по двата пътя на експерименталната установка. Може да се каже, че събитието А е предизвикало събитието Б, и в същото време събитието Б е предизвикало събитието А.
Подобни анти-интуитивни експерименти изискват много внимателна подготовка и още по-внимателна интерпретация на резултатите. Но при успешно провеждане те откриват нови начини за взаимодействие с квантовата информация, а от тук насетне има само „една ръка разстояние“ до разработването на нови начини за надеждно предаване на данни. И може би само след няколко поколения човечеството ще е привикнало да възприема на по-интуитивно ниво странностите на квантовата механика, и подобни резултати не биха смущавали ума, а ще са нещо като „разбиращи се от само себе си“.
-----------
За още новини харесайте страницата ни във Facebook>>>
0 коментара:
Публикуване на коментар