Российские физики разоблачили "квантового вампира"
Учёные с физического факультета МГУ и из других научных центров изучили природу недавно открытого квантового эффекта, получившего романтичное название "квантовый вампир". Оказалось, что он не обязан своим возникновением квантовой запутанности и прочим экзотическим явлениям. Это открывает широкие горизонты для его изучения и, возможно, использования. Научная статья опубликована в журнале Optica.
Суть эффекта можно приблизительно описать так. Представим себе пучок фотонов. Уничтожим одну частицу света в пучке (заставим её поглотиться). На первый взгляд кажется, что именно в той точке пучка, где находился "погибший" фотон, должна уменьшиться энергия, а во всех остальных местах всё остаётся как прежде. Таким образом, образуется небольшая область, где мало энергии по сравнению с окружающим пространством, или "тень".
Однако, как обнаружили первооткрыватели явления, на самом деле происходит нечто иное. Энергия равномерно уменьшается во всём пучке, так что точка, из которой был "изъят" фотон, оказывается, что называется, не хуже и не лучше других. Никакой "тени" в ней не образуется. Именно отсутствие "тени" и вдохновило физиков дать эффекту такое мистическое название.
Ранее эксперименты ставились так, что в любом состоянии находилось фиксированное количество фотонов. В этом случае может наблюдаться квантовая запутанность. Но в любом реальном источнике число фотонов в пучке может отклоняться от ожидаемого среднего. Сильнее всего такие колебания наблюдаются в излучении, происходящем за счёт тепловых процессов. В качестве примера можно взять лампу накаливания. Свет в данном случае называется тепловым. В своих исследованиях авторы использовали квазитепловое излучение, традиционно получаемое с помощью пропускания лазерного луча через вращающийся матовый диск. Здесь никаких запутанных фотонов уже быть не могло, однако эффект по-прежнему наблюдался.
"При первой демонстрации этого эффекта использовались неклассические состояния света, и его авторы описывали эффект в терминах квантовой перепутанности и нелокальности. Наша группа теоретически и экспериментально показала, что этот эффект может также работать и для классических тепловых состояний света. Это показывает, что эффект основан не на квантовой перепутанности, а на классических корреляциях", – комментирует первый автор статьи старший научный сотрудник кафедры квантовой электроники Константин Катамадзе.
Поясним, что слова учёного о классических корреляциях означают, что эффект можно объяснить и в рамках классической (не квантовой) физики и статистики, то есть он выглядит "не совсем квантовым". Это, с одной стороны, заставляет усомниться в его квантовой природе, а с другой – делает его доступным для более широкого круга экспериментаторов.
Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, как российские учёные повысили энергию излучения, отобрав у него фотоны, и научились запирать свет внутри прозрачного материала.