Теоретические модели и компьютерное моделирование позволили международной группе физиков прийти к выводу о возможности вычисления и потенциального измерения в будущем динамики возникновения таких загадочных явлений, как квантовая запутанность. Это может быть осуществлено экспериментально на аттосекундных масштабах времени – в одну аттосекунду содержится миллиардная часть миллиардной доли секунды.
Квантовая запутанность – это феномен, характеризующийся тесной взаимосвязью между двумя или более частицами, когда для математического описания одной из них требуется учет параметров другой, даже если они разделены значительным расстоянием.
По мнению исследователей, частицы оказываются в состоянии запутанности моментально, причем скорость этого явления настолько высока, что ее практически невозможно не только измерить, но и осознать.
Тем не менее, международная исследовательская группа из Венского технического университета (Австрия) сделала значительный шаг в понимании механизма возникновения квантовой запутанности. Под руководством Йоахима Бургдёрфера команда ( Joachim Burgdörfer) и Ивы Бржезиновой (Iva Březinová) используя новые теоретические модели и решая уравнение Шредингера для атома гелия, ученые применили компьютерное моделирование для изучения воздействия атомов под действием лазерного импульса с высокой интенсивностью и частотой.
Физические эксперименты привели к тому, что один электрон высвобождался из атома и покидал его, а второй изменял свою орбиту вокруг ядра, переходя в другое энергетическое состояние. Это позволило ученым продемонстрировать квантовую запутанность двух электронов: определение состояния одного из них давало информацию о состоянии другого.
«Это означает, что время покидания электроном атома невозможно точно установить. По сути, электрон не может знать, когда он покинул атом, и находится в состоянии суперпозиции, что подразумевает, что он покидает атом и раньше, и позже запланированного момента», — объяснили авторы научной работы.
Электроны в атоме располагаются на орбиталях, вращаясь вокруг ядра. Орбитали, находящиеся на большем удалении от ядра, характеризуются более высоким уровнем энергии, в то время как более близкие к ядру орбитали имеют меньшую энергию.
Невозможно точно установить момент высвобождения первого электрона, однако он зависит от состояния второго: при большей энергии у оставшегося электрона, первый, скорее всего, покинул атом раньше. Если же энергия второго электрона ниже, то первый улетел позже, с разницей около 232 аттосекунды (аттосекунда – это единица времени, равная одной секунде, делённая на миллион трижды).
Таким образом, результаты исследования, представленного в журнале Physical Review Letters, показали, что для полного понимания квантовых эффектов недостаточно считать их мгновенными, поскольку важные корреляции проявляются только на аттосекундных масштабах времени. Однако в будущем эти процессы можно моделировать, вычислять и даже измерять экспериментальным путем.
Работа уже вызвала интерес у специалистов, а ее создатели взаимодействуют с исследовательскими коллективами, которые планируют экспериментально подтвердить результаты, представленные в ней, однако это подтверждение пока не получено. Тем не менее, ученые неуклонно углубляют свое понимание фундаментальных процессов квантовой механики, которые ранее были недоступны для изучения из-за технологических барьеров, и продвигаются в разработке новых квантовых технологий.