Эксперимент, который восстанавливает свойства запутанных фотонов на основе двумерной интерференционной картины, может быть применен для разработки более быстрых квантовых компьютеров.
В 2023 году ученые создали уникальный метод визуализации, который позволил наблюдать и отображать две запутанные квантовые частицы света в реальном времени. Их визуальное представление напоминало «инь-ян», символизирующий гармонию и взаимодействие двух противоположностей.
Разработанный метод, известный как бифотонная цифровая голография, использует высокоточную камеру и способен значительно ускорить квантовые измерения.
Квантовая запутанность — это уникальный феномен, проявляющийся в странной связи между двумя частицами, даже находясь на значительном расстоянии друг от друга. Два световых фотона могут быть связаны таким образом, что изменение одного фотона мгновенно отражается на другом, независимо от расстояния между ними.
Для точного предсказания поведения квантовых объектов физикам необходимо установить их волновую функцию. Волновая функция — это описание состояния объекта, который может находиться в суперпозиции различных физических значений. Однако при работе с запутанными частицами определить волновую функцию сложно, так как любое измерение на одной частице мгновенно сказывается на другой. Запутанность усложняет процесс поиска и понимания состояния таких квантовых систем.
Физики применили квантовую томографию, чтобы преодолеть это ограничение. Они использовали проекции к сложному квантовому состоянию и измерили некоторые его параметры, такие как поляризация или импульс, отдельно от остальных частей системы. Это позволяет получить информацию о состоянии квантового объекта, минимизируя влияние запутанности.
Повторяя эти измерения на нескольких копиях квантового состояния, физики могут создать представление оригинала на основе фрагментов более низкого измерения, как будто восстанавливая форму трехмерного объекта по двумерным теням, которые он отбрасывает на окружающие стены.
Хотя этот процесс предоставляет всю необходимую информацию, он также требует множество измерений и выдает «запрещенные» состояния, которые не соответствуют законам физики. Ученым приходится кропотливо отсеивать бесполезные, нефизические состояния. Это может занять часы или даже дни, в зависимости от сложности системы.
Поэтому исследователи применили голографию для кодирования информации из более высоких измерений в более низкие. Оптические голограммы формируют трехмерное изображение с помощью двух световых лучей и интерференции. Применяя аналогичный метод, физики получили изображение состояния запутанного фотона через интерференционную картину.
Ученые получили изображение с помощью камеры с наносекундной точностью и проанализировали полученную интерференционную картину — «инь-ян» двух запутанных фотонов. Таким образом, голография дает возможность визуализировать и исследовать состояния запутанных квантовых объектов.
Этот метод работает значительно быстрее, чем предыдущие, требуя всего несколько минут или секунд вместо дней.
Посмотрите на самые интересные разработки ученых в области технологий за последнее время. Среди них есть видеокамера для жуков и даже искусственный нос:
Фото: hi-tech.mail.ru