Фізики вперше в історії створили двоколірне зображення предмета за допомогою світла, яке ніколи з ним не «контактувало». Це стало можливим завдяки законам квантової фізики, а саме – так званим «заплутаним квантовим станам».
Це зображення котів є невидимим для тієї довжини світлових хвиль, за допомогою яких їх отримали.
Фото двох котів та тризубця може започаткувати новий напрямок квантової оптики, що ґрунтується на тих неймовірних властивостях субатомних частинок, в які відмовлявся вірити А. Ейнштейн, називаючи їх «моторошною дією на відстані» (spooky action at a distance). Мова йде про існування зв’яку між двома частинками, званими «заплутаними», за якого зміна параметрів однієї з них автоматично призводить до зміни параметрів іншої, незважаючи на те, що їх в цей час може розділяти величезна відстань.
Досі єдиний спосіб отримати зображення предмета полягав у тому, щоб сфотографувати відбите від нього світло. Так влаштоване людське око, так працює уся фото- і відеоапаратура. Але в експерименті, описаному в Nature, зображення предмета одержали за допомогою світла, яке ніколи з ним не взаємодіяло. Як каже головний автор цього експерименту Ґабріела Берето Лемос з Віденського інституту квантової інформації та оптики, «навіть фізики спершу казали нам, що це неможливо і в нас нічого не вийде».
«Те, що вони зробили, є дуже хитрим трюком. Певною мірою це навіть схоже на магію», – стверджує експерт з квантової оптики Пол Летт з Національного інституту стандартів і технології у м. Ґейтесбург (штат Меріленд). «Вони не відкрили нової фізики, але здійснили неймовірно красиву демонстрацію фізичних законів і явищ у дії».
У поставленому експерименті фізики «заплутали» фотони двох лазерних променів з різними довжинами хвилі і, отже, кольором – жовтий і червоний. Червоний промінь пропустили крізь трафарет з вирізаним зображеннях двох котів і тризубця заввишки біля 3 міліметрів (коти – данина Ервіну Шредінгеру і його знаменитому уявному «коту»). А жовтий спрямували в інший бік, тож він не взаємодіяв з трафаретом (щоб експеримент зробити ще чіткішим, зображення зробили взагалі невидимими для жовтого кольору).
Коли червоний промінь пройшов крізь трафарет, фізики одночасно повздовжно і перпендекулярно об’єднали його з жовтим. Червоне світло згодом прибрали, а жовте спрямували на екран. Складні процеси квантової інтерференції двох променів створили зображення котів і тризубця (повздовжний промінь – їх оригінал, а перпендикулярний, що проінтерферував з червоним світлом справа, – негатив).
Як пояснює автор дослідження Ґабріела Берето Лемос, «зображення з’явилося не тому, що жовті фотони замінили червоні, а тому що, згідно з законами квантової фізики, між ними виникло явище заплутаних квантових станів і жовтий промінь перейняв від червоного фази хвилі».
Експерти вже зазначають, що цей принцип може мати далекосяжні наслідки для знімання там, де ускладнений чи неможливий доступ апаратури, наприклад у медичній діагностиці чи літографії кремнієвих чипів. Наприклад, лікарі зможуть зондувати тканини, використовуючи невидимі довжини хвиль, які згодом перетворюватимуть у видиме світло. «В діагностиці дуже часто трапляється ситуація, коли найкраща довжина хвилі для зонда не є тією, яка дозволяє отримати найкращий знімок. Технологія, яку продемонстрували у Відні, дозволяє виправити цей недолік», – стверджує Пол Летт.
Dan Vergano
"Spooky" Quantum Entanglement Reveals Invisible Objects
National Geographic, 27/08/2014
Зреферував Євген Ланюк
26.03.2016