Квантовая механика стала осязаемой

Ученые преодолели ограничение на точность измерения и показали квантовые явления в макроскопических механических системах. Исследование было опубликовано в научном журнале Science.

Группы ученых из Национального института стандартов и технологий и университета Аалто под руководством Джона Тойфеля (John D. Teufel) и Мики Силланпяя (Mika A. Sillanpää) доказали квантовую запутанность макроскопических объектов а также исследовали обратное воздействие в квантово-механических измерениях аналогичной системы и обнаружили способы его избежать.

В исследовании использовалась круглая сверхпроводящая алюминиевая мембрана диаметром 10 микрометров и массой в 100 пикограмм, служившая одной из пластин конденсатора. Сам конденсатор встроен в электрическую цепь. Таким образом, изменение напряжения в цепи приводит к регистрируемым механическим колебаниям пластин.

#ScienceMagazine Quantum mechanics–free subsystem with mechanical oscillators https://t.co/m4asBNSoZH Macroscale entanglement and measurement https://t.co/QqAVQVpJWe pic.twitter.com/swklC3v0b9

— Francis Villatoro (@emulenews) May 6, 2021

Ученые продемонстрировали измерения двух коллективных квадратур, избегая квантовой обратной реакции на 8 децибел на обеих, получая общий шум в пределах 2 раз от полного квантового предела.

Измеряя корреляцию в колебаниях пластин, исследователи определяли наличие эффекта запутанности. Так, если распределение корреляции имеет дисперсию меньше 0,5, то коррелирующие состояния будут запутаны. Измеренное учеными значение оказалось меньше 0,2.

Основным отличием от предыдущих работ на эту тему является намеренная генерация ситуации запутанности. Ученые определяли наличие запутанности экспериментальным образом, а не полагались на расчеты.

Авторы исследования измеряли влияние на мембрану, используя четыре разных микроволновых сигнала для определения разных коллективных переменных системы (полусуммы и полуразности двух квадратур). Им удалось достигнуть большей точности, чем предсказывал стандартный квантовый предел при использовании одного осциллятора. Ученые смогли сгенерировать и стабилизировать квантовое запутанное состояние двух осцилляторов.

Квантовая запутанность возникает, когда два отдельных объекта становятся сильно связанными таким образом, что это невозможно объяснить с помощью классической физики; запутанность является мощным ресурсом в протоколах квантовой связи и передовых технологиях, направленных на использование расширенных возможностей квантовых систем.

До настоящего времени спутанность обычно ограничивалась микроскопическими квантовыми единицами, такими как пары или множества отдельных ионов, атомов, фотонов и так далее.

Фото: unsplash.com