Вченим вдалося виміряти рівні кореляції Белла в квантовій системі

Вчені-фізики з Стенфордського університету, очолювані Марком Касевіч (Mark Kasevich) успішно провели вимірювання параметрів так званої кореляції Белла (Bell correlation) в найбільшій на сьогоднішній день квантової системі, яка складалася з 500 тисяч атомів, охолодженої до температури в 25 мікрокельвіна.

Присутність кореляцій Белла в системі вказує на те, що всі атоми квантової системи пов’язані один з одним і ці взаємозв’язки носять не локальний характер, а діють в масштабі всієї системи. Цей ефект, в свою чергу, можна використовувати в майбутньому для побудови квантових інформаційних систем або в обладнанні, призначеному для досліджень ще невідомих аспектів квантової механіки.

“Наші дослідження є ще однією демонстрацією багатства квантових станів в системах, що складаються з багатьох квантових частинок” – розповідає Марк Касевіч, – “На жаль, сучасна наука має ще дуже обмеженим колом знань в цій незвіданою області”.

Для того, щоб використовувати явище кореляції квантових частинок на практиці, необхідно мати можливість вимірювання рівня цих кореляцій. До останнього часу єдиним способом таких вимірі був метод вимірювання кореляцій між окремо взятими атомами або іншими частками. Але кілька років тому вчені-фізики запропонували новий метод групового виміру кореляцій Белла, який дозволяє визначити так звані “колективні” властивості квантової системи. За допомогою цього методу в минулому році вчені-фізики продемонстрували наявність і виміряли параметри кореляцій Белла в конденсаті Бозе-Ейнштейна, що складається приблизно з 500 атомів.

Зараз же вченим вдалося підняти кількість атомів в квантовій системі до рекордної кількості в 500 тисяч. Для цього вони використовували процес спін-стисненя. Експеримент почався з перекладу всіх атомів в стан квантової суперпозиції, в якому квантовю характеристикою був спін атома, його напрямок обертання. Після цього, за допомогою деяких фізичних вивертів, вчені почали знижувати (стискати) рівень невизначеності одного з квантових значень. Провівши потім вимірювання колективних спін-властивостей системи в цілому, вчені визначили, що спін-стан атомів схильний до кореляції, що виходить за межі законів класичної фізики.

Поки що неясно, як глобальні кореляції Белла в таких великих квантових системах можуть бути використані в практичних цілях. В набагато менших системах такі явища використовуються для генерації випадкових чисел, для квантового шифрування даних і т.п. Однак вчені вважають, що використання розроблених нових експериментальних методів дозволить їм і іншим вченим почати вивчення незвіданих нині аспектів квантової механіки. Крім цього, всі подібні явища можна буде використовувати для створення надвисокочутливих датчиків різних фізичних величин, які практично не матимуть власних шумів.

Джерело: phys.org.