Запутанные фотоны: новое открытие, которое изменит наше представление о квантовой физике

Квантовая физика всегда удивляла своими парадоксами и необычными предсказаниями. Одним из самых известных примеров является работа Альберта Эйнштейна, Бориса Подольского и Натана Розена, которая была опубликована в 1935 году. Исследователи обнаружили, что знание состояния одной частицы может мгновенно влиять на состояние другой, даже если они находятся на огромном расстоянии друг от друга. Это явление получило название ЭПР (по первым буквам фамилий авторов).

Жуткое действие на расстоянии

Эйнштейн сам считал эту концепцию абсурдной, называя её "жутким действием на расстоянии". Тем не менее, работа профессора Ашера Переса из Техниона показала, что это явление можно использовать для передачи информации с помощью квантовой телепортации. Вместе с коллегами Чарльзом Беннетом и Жилем Брассаром, он открыл способ применения квантовой запутанности в коммуникациях.

За свои достижения в области квантовой запутанности профессора Ален Аспект, Антон Цайлингер и Джон Клаузер получили Нобелевскую премию по физике в 2022 году. Они продемонстрировали, что запутанность может существовать не только для простых свойств частиц, но и для более сложных, таких как угловой момент.

Угловой момент и его значение

Угловой момент фотонов можно разделить на два компонента: спин, который связан с вращением электрического поля, и орбиту, которая определяется движением фотона в пространстве. Хотя нам легко представить эти свойства как отдельные величины, в нанофотонике, где размеры структур меньше длины волны фотона, они объединяются в одно целое — полный угловой момент.

Зачем же помещать фотоны в такие маленькие структуры? Во-первых, это позволяет миниатюризировать устройства, использующие свет, увеличивая плотность операций. Во-вторых, миниатюризация усиливает взаимодействие фотонов с материалом, открывая новые возможности для создания уникальных явлений.

Новое открытие Техниона

Исследование, проведенное аспирантом Амитом Камом и доктором Шаи Цессесом, показало, что возможно запутывание фотонов в наносистемах, размер которых составляет одну тысячную часть волоса. Это запутывание происходит не за счет обычных свойств фотонов, а исключительно благодаря полному угловому моменту.

Исследователи Техниона выявили процесс, которому подвергаются фотоны в наносистемах, и подтвердили наличие квантовой запутанности. Это открытие может стать основой для разработки новых квантовых коммуникационных и вычислительных компонентов, а также для их значительной миниатюризации.