Квантові системи завжди зберігатимуть свої таємниці: вчені підтвердили теорію фотонів.

Нещодавній експеримент продемонстрував, що природа фотона, як хвилі або частинки, не може бути сприйнята повністю в один момент через ентропійну невизначеність.

На початку XX століття фізик Нільс Бор висунув ідею про те, що фотони, або частинки світла, мають двоїсту природу, тобто можуть проявлятись як хвилі і як частинки, але одночасно спостерігати цю двоїстість неможливо. Цей феномен отримав назву принципу додатковості. Десять років тому вчені довели, що ця подвійність пов'язана з ентропійною невизначеністю. Це означає, що деяка інформація про фотон — наприклад, чи є він хвилею або часткою — завжди залишається прихованою. Ентропійна невизначеність зв'язує принцип додатковості з обсягом невідомої інформації у квантовій системі. Цей обсяг є обмеженням того, що можна дізнатись про квантову систему в конкретний момент. Вважалося, що квантові системи завжди мають певний рівень непередбачуваності або зберігають таємниці. Досі це залишалося лише теоретичним припущенням. Нещодавно ж фізики в експериментальних умовах підтвердили, що двоїста природа фотонів справді регулюється ентропійною невизначеністю. Результати дослідження були опубліковані у журналі Science Advances, про що повідомляє Interesting Engineering.

У Фокус. Технології запустили власний Telegram-канал. Приєднуйтесь, щоб бути в курсі найновіших і найцікавіших новин з царини науки!

Фізики припустили, що фотони під час кругового руху з більшою ймовірністю відкриють інформацію про свою двоїсту природу, аніж під час коливальних рухів вгору-вниз. Тому вчені під час експерименту направляли фотони, які рухаються по колу, в інтерферометр.

Інтерферометр – це апарат, призначений для поділу світлового променя на два окремі шляхи, які потім знову з'єднуються в єдину точку. Всередині інтерферометра фотони спочатку проходять через кристал, що виконує роль першого роздільника світла. Обидва шляхи світлового променя відбиваються і знову перетинаються на другому роздільнику.

Залежно від того, як налаштований другий роздільник світла, фотони можна виміряти або як хвилі, або як частинки. Але фізики вирішили виміряти двоїсту природу фотонів одночасно за допомогою спеціального налаштування другого роздільника світла.

Вченим вдалося побачити поведінку фотонів у вигляді хвилі і у вигляді частинки одночасно, але тільки частково. Чим краще вдалися спроби виміряти хвильову природу фотона, тим гірше вдавалося виміряти природу фотона, як частинки.

Цей експеримент продемонстрував, що, незважаючи на всі зусилля фізиків, неможливо повністю спостерігати одночасно двоїсту природу фотона в квантовій системі. Завжди існує частина інформації, яка залишається невизначеною, що є ключовою концепцією ентропійної невизначеності.

Нещодавно проведений експеримент не лише виявив взаємозв'язок між принципом додатковості та рівнем невідомості інформації, але й встановив зв'язок між квантовою теорією і теорією інформації.

Цей аналіз розкриває особливості дії фотонів на квантовому рівні, і науковці вважають, що результати проведеного експерименту можуть стати основою для створення вдосконалених методів зберігання, обробки та передачі даних, які ґрунтуються на принципах квантових обчислень.

Як уже писав Фокус, нещодавно фізики змогли вперше побачити, яку форму має окремий фотон.

Журнал "Фокус" повідомив, що фізики нарешті з'ясували загадки нейтронів. Після десяти років досліджень, науковці змогли значно розширити свої знання про квантову структуру цих частинок.

Також Фокус писав про те, що астронавт NASA сфотографував дві найближчі до нас галактики з космічного корабля. Астронавт Дон Петтіт зробив знімки галактик Велика і Мала Магелланова Хмара, коли Міжнародна космічна станція пролітала над Тихим океаном на висоті 416 км.

Інші публікації

У тренді

informnauka

Використання будь-яких матеріалів, що розміщені на сайті, дозволяється за умови посилання на данний сайт.

© Новини зі світу науки - informnauka.com. All Rights Reserved.