.
О проекте
Нас блокируют. Что делать?

Зарегистрироваться | Войти через:

Политзеки | Свобода слова | Акции протеста | Беларусь
Читайте нас:
На основном сайте Граней: https://graniru.org/Society/Science/m.106264.html

статья Призрачная связь поможет охотникам за неуловимыми волнами

Максим Борисов, 27.05.2006
Доктор Е Ео из Национального сингапурского университета. Фото с сайта www.physics.nus.edu.sg
Доктор Е Ео из Национального сингапурского университета. Фото с сайта www.physics.nus.edu.sg
Реклама
справка Справка

"Спутанные" частицы

"Спутанными" (entangled) называются пары, тройки и в принципе любые наборы частиц, подчиняющихся законам квантовой механики, которые описываются единой волновой функцией, не допускающей представления в виде произведения волновых функций отдельных частиц. Поведение таких частиц (ими могут быть фотоны, электроны, протоны, атомы и даже крупные молекулы) настолько сильно скоррелировано, что каждая из них как бы "чувствует" присутствие партнеров на любых расстояниях. "Спутанные" частицы демонстрируют немало таких свойств, что выглядят совершенно необычными и даже невозможными с точки зрения классической физики. В частности, использование "спутанных" частиц дает возможность с высокой точностью переносить квантовое состояние одной частицы на другую или на другие - этот процесс и называется квантовой телепортацией.

Призрачная связь, устанавливающаяся между парами, тройками и т.д. провзаимодействовавших и разнесенных в пространстве квантовых частиц (так называемыми "спутанными" (entangled), или, как еще переводят, "запутанными" частицами), может когда-нибудь лечь в основу принципиально нового способа регистрации гравитационных волн (своего рода "ряби" в пространственно-временном континууме). По крайней мере так считают Е Ео (Ye Yeo) и его коллеги из Национального сингапурского университета (National University of Singapore - NUS).

Достаточно мощные всплески гравитационных волн рождаются в результате таких экстремальных событий, как взрывы сверхновых, слияния сверхкомпактных объектов (нейтронных звезд и черных дыр), но даже и в этом случае задача по регистрации этого феномена, предсказанного еще Общей теорией относительности Эйнштейна, остается величайшим вызовом современной технике. И вот теперь группа физиков-теоретиков предлагает искать следы воздействия этих самых гравитационных волн, "отпечатывающихся" на "спутанных" квантовых частицах (с точно определенными начальными спинами), что оказываются на пути их распространения.

"Спутанность" - это исключительно квантовый по своему происхождению эффект, не имеющий аналогов в нашем макромире. "Спутанные" некогда частицы, даже удаленные друг от друга, остаются столь прочно связанными, что как бы "знают" о состоянии друг друга, и измерение свойств одной такой частицы мгновенно затрагивает другие - вне зависимости от того, как далеко они друг от друга находятся. Спутанными могут оказаться также два или большее число параметров одной частицы (например, спин электрона и его импульс, в результате чего измерение (и изменение) свойств взаимоотражаются на "партнерах").

Вопрос с этой "спутанностью" - довольно тонкий и неочевидный, на неискушенный взгляд - это явный парадокс (и история таких "парадоксов" также восходит к Эйнштейну, с недоверием относившегося к зарождающимся концепциям квантовой механики (парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена - ЭПР, подробнее см. здесь)). Завершенной теории "спутанных" состояний не создано и по сию пору... С одной стороны, здесь не приходится вести речь о мгновенной передаче информации или "телепортации" в том смысле, который в нее вкладывают писатели-фантасты, ну а с другой стороны, как известно, фиаско до сих пор терпели попытки приписывать таким "сообщающимся между собою" частицам так называемые скрытые параметры (впрочем, в последнее время были возобновлены попытки эти самые "скрытые параметры" в том или ином виде реанимировать, и тем самым от парадокса все-таки "уйти").

Для неспециалистов самым "обескураживающим" оказывается то обстоятельство, что квантовая механика на самом деле вовсе не ставит своей задачей какое-либо "объяснение" поведения квантовых объектов, она ограничивается лишь предсказаниями вероятностей тех или иных процессов. На самом деле движущиеся частицы не могут быть смоделированы "вращающимися шариками", более того, они в принципе не имеют даже непрерывных траекторий, поэтому на вопрос о том, как именно осуществляется переход из начального состояния в конечное, современная физика не дает ответа... Не объясняется также и то, почему и как спины произвольно удаленных частиц оказываются коррелированными, нельзя утверждать, будто коррелированные величины существуют после разлета частей системы, и мы просто не знаем, каковы они в действительности. Проблема в том, что каждая из подсистем приобретает какое-то значение указанной величины лишь в момент ее измерения...

Производство и управление "спутанными" частицами - дело непростое и малопредсказуемое, однако при всем при этом "эфемерная" связь действительно способна придать спутанным состояниям особую чувствительность, достаточную для того, чтобы ощутить биение слабых гравитационных волн, которым удается пока избегать обнаружения всеми другими известными методами, что напридумывали за последние годы изобретательные ученые. Таким образом, релятивистская квантовая теория информации может внести свой посильный вклад в обнаружение "чаши Грааля" теории гравитации...

Вычисления Е Ео и его коллег показывают, что гравитационная сила, порождаемая проходящей гравитационной волной, меняет немного импульс "спутанных" частиц, и это в свою очередь отражается на их изначальном спиновом состоянии. В принципе этот эффект может быть обнаружен, но он настолько мал, что способов его регистрации пока не существует. Но Е Ео считает, что нужный эффект может быть все-таки усилен с помощью некоего процесса, именуемого "подкачкой спутанности" (или "замещением спутанности" - "entanglement swapping"), что позволяет парам частиц, которые никогда реально не контактировали, тоже стать "спутанными".

"Спин и импульс становятся спутанными все в большей степени, так, что изменение одного параметра приводит к еще большему изменению другого", - объясняет физик Крис Адами (Chris Adami) из Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory - JPL) в Пасадене (США, штат Калифорния), специализирующийся в области квантовой механики.

Сет Ллойд (Seth Lloyd), эксперт по квантовым вычислениям из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology - MIT, нужно отметить, что профессор Ллойд сам в свою очередь известен весьма неординарными "информационными" аналогиями, применяемыми к различным космическим объектам и даже ко всей Вселенной в целом), впечатлен этой теоретической работой. Он считает настоящим достижением выявление такой связи между гравитационными волнами и явлением квантовой спутанности. "Набор таких "спутанных" частиц с точно выявленными спинами мог бы использоваться для обнаружения гравитационных волн", - считает он. Однако при этом Ллойд не думает, что гравитационный датчик, основанный на явлении "спутанности", реален в ближайшей перспективе, даже после предварительного усиления. "Это реальный эффект, но невероятно слабый, - говорит он. - Чтобы получить на выходе что-либо заметное, потребовалось бы столь мощное гравитационное поле, что оно разорвало бы исследовательскую лабораторию" (комментарий не очень понятный, ведь если речь идет о прохождении гравитационной волны, то еще задолго до того, как усиление "разорвет" лабораторию, ее можно будет зарегистрировать...).

Так что вопрос о том, помогут ли "спутанные" частицы обнаружить долгожданные гравитационные волны или, напротив, только окончательно "запутают" ученых, остается открытым...

Источник:
Spotting the quantum tracks of gravity waves - New Scientist

Ссылка:
Detection of Gravitational Wave - An Application of Relativistic Quantum Information Theory - arXiv.org - quant-ph

Максим Борисов, 27.05.2006


новость Новости по теме
Фото и Видео

Реклама
Выбор читателей