Ученые впервые смогли измерить параметры отдельных запутанных частиц. В результате они достигли режима настолько сильной взаимосвязанности свойств, что смогли провести измерения, позволяющие обойти принцип неопределенности Гейзенберга. Три статьи разных коллективов опубликованы в журнале Science.
В мире квантовой механики невозможно одновременно с бесконечной точностью измерить пары некоторых характеристик отдельной частицы. Например, если будет повышаться точность измерения координаты, непременно будет ухудшаться точность определения импульса. То же самое справедливо для энергии и времени, для различных проекций спина и некоторых других величин. Это явление называется принципом неопределенности Гейзенберга. В 1935 году Альберт Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен опубликовали статью с мысленным экспериментом, получившем название ЭПР-парадокса, в котором предлагали способ обойти это ограничение при помощи запутанных частиц. Свойства таких объектов сильно взаимосвязаны вне зависимости от расстояния между ними.
Физики уже демонстрировали реальность ЭПР-парадокса, но обычно с участием фотонов или отдельных атомов. В новых работах они впервые сделали это с использованием системы из сотен атомов. Запутанные состояния многих частиц уже создавались ранее, но измерения всегда проводились над множеством частиц одновременно, что не позволяет делать вывод об отдельных частицах. Теперь ученые смогли достичь так называемого режима ЭПР-управления, когда на основе измерений в одной части системы можно сделать более точную оценку параметров другой части, чем позволяет обойти принцип неопределенности. Для этого в работах физики использоваль охлажденные почти до абсолютного нуля атомы в специфических квантовых состояниях — конденсате Бозе — Эйнштейна и состоянии Фока.
«Результаты измерений двух областей были настолько сильно скоррелированы, что это позволило нам продемонстрировать ЭПР-парадокс, — говорит первый автор одной из работ Маттео Фадель из Базельского университета в Швейцарии. — Захватывающе наблюдать такое фундаментальное явление во все больших системах. В то же время наш эксперимент устанавливает связи между одними из самых важных работ Эйнштейна».
Помимо важности для фундаментальной физики, открытие потенциально можно будет применять и на практике. В частности, такие высокие степени корреляции можно использовать для улучшения атомных сенсоров и методов визуализации электромагнитного поля.