Физики наблюдали квантовую запутанность в системе квазичастиц

Австрийские ученые наблюдали явление квантовомеханической запутанности и ее распространение в системе квазичастиц. Результаты своего исследования авторы опубликовали в журнале Nature, кратко с ними можно ознакомиться на сайте Инсбрукского университета имени Леопольда и Франца.

Физики исследовали квантовые состояния цепочки частиц, в которую входили от семи до 15 ультрахолодных ионов кальция. Эта цепочка помещалась в вакуумную камеру и облучалась светом от лазеров. Излучение меняло квантовое состояние отдельных ионов и их соседей, что сказывалось на общем (коллективном) поведении цепочки в целом.

Физики измерили влияние от изменения состояния отдельной частицы на соседей в цепочке и связали это с квантовой запутанностью. Кроме того, ученым впервые удалось наблюдать распространение такой запутанности в линейной цепочке.

Квантовая запутанность — явление, при котором подсистемы некоторой ранее единой квантовомеханической системы, будучи разнесенными на расстояние друг от друга, продолжают оказывать влияние друг на друга. В этом случае изменение состояния одной системы сказывается на другой системе. Явление носит существенно квантовый характер и не имеет классического аналога.

Квазичастица — модельное предположение, позволяющее описывать коллективное поведение системы частиц в терминах единой квазичастицы. Такое упрощение позволяет в физике конденсированного состояния вещества облегчить описание поведения системы и ее свойств, а также использовать аналогии, применимые к обычным частицам. К квазичастицам относятся, например, дырки в полупроводниках и экситоны — квазиводородные связанные состояния дырки и электрона.

Ученые надеются продолжить исследования связи квазичастиц и квантовой запутанности. Исследователей интересует прежде всего вопрос о релаксации (достижении равновесного состояния) системы коллективных частиц, а также возможность управления свойствами квазичастиц для их применения в квантовых вычислениях.