Исследование, которое провели ученые из Венского технического университета (TU Wien) совместно с китайскими коллегами, проливает свет на то, как квантовая запутанность формируется на временных шкалах в аттосекунды — миллиардные доли миллиардной доли секунды.
Квантовая запутанность — это явление, при котором два объекта, например частицы, становятся настолько тесно связаны, что их состояния нельзя описать по отдельности. Даже если эти частицы находятся в разных местах, они остаются частью единой системы. Вопрос о том, как именно возникает такая запутанность, особенно на коротких временных интервалах, до сих пор оставался неразрешенным.
Команда ученых под руководством профессора Йоахима Бургдорфера и профессора Ивы Брезиновой сосредоточилась на исследовании атомов, которые подвергались воздействию интенсивных лазерных импульсов. В результате такого воздействия один электрон «вырывался» из атома и улетал, а второй оставался с атомом, но в измененном состоянии. Важно отметить, что эти два электрона становились квантово запутанными: для точного анализа их поведения необходимо рассматривать их как единое целое.
Используя специальный измерительный протокол, специалисты смогли установить, что время «рождения» электрона, который покидает атом, связано с состоянием оставшегося электрона. Это состояние можно измерить, что дает информацию о поведении улетевшего электрона, хотя сам электрон не «знает», в какой момент он покинул атом — его «время рождения» находится в суперпозиции нескольких временных моментов. Если оставшийся электрон находится в более высокоэнергетическом состоянии, значит, другой электрон был выбит из атома раньше. Если же состояние оставшегося электрона низкоэнергетическое, значит, электрон покинул атом позже, примерно через 232 аттосекунды.
Это открытие позволяет лучше понять квантовые эффекты, которые ранее считались мгновенными. Например, вылет электрона из атома не происходит в один момент: его поведение можно описать как волну, которая постепенно покидает атом. Именно в это время и происходит запутывание двух электронов, которое можно измерить позже.
Понимание таких ультракоротких временных процессов поможет в дальнейших исследованиях квантовой физики и может найти практическое применение в таких областях, как квантовые компьютеры и криптография, где квантовая запутанность играет ключевую роль. Сейчас ученые уже сотрудничают с лабораториями, которые намерены провести эксперименты для подтверждения этих ультрабыстрых квантовых эффектов.
Работа ученых открывает новые перспективы в изучении и понимании квантовых явлений, демонстрируя, что даже кратчайшие временные интервалы могут играть важную роль в возникновении сложных эффектов, в том числе, квантовой запутанности.
Ранее исследователи приблизились к решению проблемы времени жизни нейтронов