Квантовая механика прогнозирует, что частицы света, фотоны, одновременно являются и частицами, и волнами. Опубликовав отчет в издании Science, физики продемонстрировали дуальность фотонов.
История науки отмечена интенсивными спорами между частичной и волновой теориями света. Исаак Ньютон был основным защитником теории частиц, а Джеймс Клерк Максвелл и его успешная теория электромагнетизма подтвердили теорию волн.
Однако все изменилось в 1905 году, когда Эйнштейн показал, как можно объяснить фотоэлектрический эффект, используя идею, с которой свет состоит из частиц - фотонов. Это открытие существенно повлияло на физику и способствовало развитию квантовой механики - наиболее точной научной теории, разработанной до сих пор.
Но квантовая теория предсказывает, что частица, в том числе фотон, может в одно и то же время находиться в разных местах. Фактически, в бесконечно многих местах в одно и то же время, как волна. Отсюда и понятие дуальности частицы и волны, фундаментальное для всех квантовых систем.
Физики из Бристольского университета как раз пытаются доказать, что фотоны одновременно являются и частицами, и волнами, сообщают "Новости мира инноваций". В своей работе, опубликованной в издании Science, доктор Альберто Пераццо, Питер Шадболт и профессор Джереми О'Брайен из Центра квантовой фотоники университетя Бристоля в сотрудничестве с экспертами по квантовой теории доктором Николасом Брюннером и профессором Санду Попеску разработали новый тип измерительного устройства, который способен одновременно измерять и поведение частицы, и поведение волны. Это новое устройство приводится в действие квантовым эффектом - квантовой нелокальностью.
"Измерительное устройство выявило сильную нелокальность, которая подтвердила, что фотон в нашем эксперименте одновременно ведет себя и как частица, и как волна. Это всерьез опровергает модели, в которых фотон представлен только либо тем, либо другим", - рассказал доктор Пераццо.
"Для проведения исследования мы применили квантовый фотонный чип, новейшую технологию, введенную университетом Бристоля. Чип переконфигурируется, а потому его можно программировать и управлять им для реализации различных цепей. Сегодня данная технология - ведущий метод в процессе по созданию квантового компьютера, и в будущем он позволит проводить все более сложные исследования фундаментальных аспектов квантовых феноменов", - отметил профессор О'Брайен.
Напомним, группа ученых из Бристольского университета около года назад создала универсальный программируемый фотонный чип, который может стать основой, универсальным строительным блоком для более сложных квантовых устройств - программируемых квантовых процессоров. Используя опытный образец этого чипа команда физиков продемонстрировала, что в пределах этого чипа может создаваться явление квантовой запутанности фотонов, производиться всевозможные манипуляции с квантовым состоянием запутанных фотонов и с высокой точностью производиться измерения полученных результатов. Помимо этого, в пределах фотонного чипа ученые научились использовать в своих интересах побочный эффект влияния окружающей среды на квантовые цепи.
Опытный образец квантово-фотонного чипа имеет размеры 70 на 3 миллиметра и состоит из сети крошечных каналов по которым циркулируют фотоны. Используя восемь управляемых электродов введенных в каналы, фотоны в каналах могут быть запутаны, может изменяться квантовое состояние запутанных пар и отдельных фотонов.
