Группа под руководством Роберта Кейла и Томмазо Фалео с кафедры экспериментальной физики исследовала взаимосвязь между запутанностью и интерференцией в квантовых системах, состоящих из более чем двух частиц, в лабораторных условиях.
Вместе с исследователями из Университета Фрайбурга (Германия) и Университета Хериот-Ватт (Великобритания) они получили новые знания о поведении многочастичных квантовых систем. В интервью Томмазо Фалео объясняет, как можно интерпретировать интерференционные картины более двух фотонов.
Ваша группа на кафедре экспериментальной физики только что опубликовала новую исследовательскую работу в Science Advances , в которой вы связываете увлекательные квантовые явления запутанности и интерференции. Какова была цель вашей работы?
Фалео: Целью исследования было изучить и лучше понять связь между запутанностью и интерференцией в системах, включающих более двух частиц. Динамика интерференции в таких многочастичных системах особенно сложна, а наличие запутанности вносит дополнительный уровень сложности.
Мы сосредоточились на изучении того, как возникают интерференционные картины, когда некоторые частицы находятся в запутанном состоянии, и каковы их специфические характеристики.
Не могли бы вы вкратце объяснить, что означают понятия запутанности и интерференции?
Запутанность — это чисто квантовое явление, в котором свойства двух или более частиц становятся взаимосвязанными, так что их больше нельзя описать как независимые сущности, независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга. Этот фундаментальный аспект квантовой механики озадачил ранних исследователей квантовой физики и теперь лежит в основе нескольких приложений в квантовых технологиях.
В классической физике волны могут вызывать интерференционные картины, когда их амплитуды складываются конструктивно (усиливая друг друга) или деструктивно (отменяя друг друга). Это аналогично интерференции в квантовой механике, где амплитуды вероятностей различных результатов могут объединяться, увеличивая или уменьшая вероятность определенных событий.
Двухчастичная интерференция добавляет еще один слой к этой квантовой интерференции и возникает из-за неразличимости идентичных частиц. Впервые продемонстрированный Хонгом, Оу и Манделем в 1987 году, этот эффект теперь является ключом ко многим оптическим квантовым технологиям. Многофотонная интерференция является расширением этого эффекта на более чем две частицы.
Вы исследовали интерференционные картины более двух фотонов. Что вы увидели в эксперименте?
При анализе систем с более чем двумя частицами интерференционные картины становятся значительно более сложными, чем в базовом эксперименте Хонг-Оу-Манделя. Мы наблюдали, что на эти картины влияют не только квантовые состояния отдельных частиц, но и запутанность, разделяемая некоторыми из них.
В нашем сценарии интерференции запутанность частиц перекрывает пространственный разрыв между отдельными интерферометрами, создавая интерференционную картину, которая зависит от общего квантового состояния всех вовлеченных частиц и становится недоступной, когда одна или несколько частиц исключены из динамики.
Эти результаты дают новое представление о поведении многочастичных квантовых систем и о том, как их состояния влияют на картины интерференции.
Каковы последствия полученных результатов для дальнейших исследований?
Результаты демонстрируют новый тип эффекта коллективной интерференции, который сочетает запутанность с очень сложной динамикой многочастичных систем. Это способствует нашему пониманию того, как работает квантовая механика в многочастичных системах , потенциально приводя как к новым теоретическим идеям, так и к разработкам в области квантовых технологий.
к
